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ELECTROFORMADO

Dando un paso más en el proceso de galvanoplastia nos lleva al electroformado .

El electroformado es un proceso altamente especializado para la fabricación de una pieza de metal por electrodeposición en un baño de metalizado sobre una forma de base o mandril que se retira posteriormente.

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El electroformado es el proceso por el cual los artículos son fabricados por la acumulación de metal a través de la electrodeposición ( también llamada galvanoplastia, galvanizado, enchapado, chapado, recubrimiento metálico, metalizado, etc. según el país) sobre un mandril adecuado que luego se elimina.

La ventaja del proceso de electroformación es que reproduce fielmente la forma o el mandril, dentro de una micra, sin la contracción y la distorsión asociada con otras técnicas de formación de metal tales como la fundición, estampado o dibujo. Y, puesto que el mandril se mecaniza de manera que forme la superficie exterior, pueden mantenerse tolerancias dimensionales y acabados superficiales elevados sobre configuraciones interiores complejas.

El metal electroformado es extremadamente puro, con propiedades superiores sobre el metal forjado debido a su estructura cristalina refinada. Múltiples capas de metal electroformado pueden unirse molecularmente entre sí, o a diferentes materiales de sustrato para producir estructuras complejas con bridas y salientes desarrolladas.

El electroformado debe ser pensado como un proceso básico de fabricación al considerar alternativas más adecuadas para la fabricación de un artículo en particular. Otros procesos básicos de formación de metales que incluyen la fundición, forja , estampación, embutición, mecanizado y fabricación pueden servir bien para la mayoría de las aplicaciones, pero pueden ser exigidos más allá de sus límites cuando los requisitos exigen tolerancias extremas, complejidad o peso ligero. El electroformado es un solucionador real de problemas en estos casos.

El níquel es una opción popular para esta operación, pero el cobre también tiene sus aplicaciones.

El electroformado tiene una serie de características que lo hacen un proceso de producción viable para aplicaciones específicas . Estos incluyen:

Reproducción exacta de los finos detalles de la superficie

Ejemplo: la electroformación de estampas para la producción de discos compactos

Duplicación de texturas de superficie

Ejemplo: dados para producir patrones de granulado de madera o de cuero

Alto grado de estabilidad dimensional

Ejemplo: componentes de precisión

Capacidad para electroformar formas que son difíciles y costosas de producir por cualquier otro método de fabricación.

Ejemplo : pantallas rotativas de impresión

La electroformación de níquel se utiliza para producir herramientas, guías de onda de radar, máscaras de pulverización y una amplia gama de componentes que serían difíciles o costosos de fabricar por cualquier otro medio. Adicionalmente, la electroformación con níquel se utiliza en la producción de láminas y productos con malla. Este es un procedimiento especializado que implica la deposición continua en un tambor giratorio.

Fig. Diagrama simplificado mostrando la secuencia de creación de un objeto electroformado. Este es un caso donde el operario de galvanizado debe obtener suficiente adherencia para formar en forma exacta el duplicado, pero dejar margen suficiente para liberar el objeto formado. La liberación fácil es crítica de manera de no dañar la forma permanente de elevado costo

El diagrama arriba muestra el proceso de electroformación en trabajo. La fuente de metal de electroformado con carga positiva (ánodo) a la izquierda se divide (ionizado) en la solución de electrolito de cobre y es atraído hacia el mandril cargado en forma negativa (cátodo). La electrodeposición se logra sobre todas las superficies del mandril a una velocidad de depósito aproximada de 0,001" por hora. La gran mayoría de electroformación se hace con el níquel. El cobre es el siguiente metal más ampliamente utilizado. El uso de cobre se da principalmente en la industria de  placas de circuito impreso para electrónica.

Consideraciones de diseño

En otra página se explicó que los electrodepósitos tienden a variar de espesor sobre la superficie de un objeto único. Las hendiduras profundas presentan el mayor problema, pero la distribución obtenida sobre formas aparentemente sencillas puede ser sorprendentemente desigual si no se toman precauciones especiales. Todos los bordes y esquinas atraen más corriente que el resto. Como una guía general, el espesor medio de recubrimiento sobre una lámina rectangular plana, niquelada en un baño de profundidad  y longitud mucho más grande, puede obtener dos veces el espesor alcanzado en el centro de cada cara. Los diagramas de la página siguiente dan una idea de cómo el espesor del recubrimiento varía con ciertas formas típicas.

El operario de galvanizado tiene a su disposición varias formas de mejorar la distribución. Estas podrían ser clasificadas como medios ordinarios y extraordinarios.

Se podría pensar que el más común de los medios ordinarios sería elegir una solución de enchapado con un buen poder de penetración, pero esta es una opción que está disponible sólo en forma ocasional. Se puede hacer si existen procesos de características diferentes para depositar el mismo metal, no es de mucha utilidad  sin embargo ofrecer un depósito de cobre de cianurado donde se requiera un depósito de cromo duro.

Los principales medios ordinarios son: elección del tamaño de ánodo y posición apropiados, con el uso de ánodos conformes cuando sea posible; y disposición juiciosa de los componentes en relación el uno al otro para lograr un grado de protección mutua o compensación. Estos procedimientos pueden ser muy eficaces.

Los medios extraordinarios son el uso de escudos, quemadores y ánodos auxiliares.

Los escudos son elementos no conductores tales como las láminas de plástico, conformadas y situadas de manera que obstruyan el flujo de corriente a las prominencias. Los quemadores, son cátodos auxiliares, a menudo simples marcos de alambre  colocados donde puedan alejar el exceso de corriente de los bordes y esquinas. Por supuesto que son inherentemente inútiles para depositar el metal. Los ánodos auxiliares no se utilizan tan ampliamente como se podría esperar. Conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación o, a veces a una alimentación auxiliar, estos pueden estar situados cerca o dentro de las hendiduras o agujeros para asegurar un flujo adecuado de corriente. Presentan problemas sin embargo. Su posición debe ser muy precisa. Si son solubles, cambian de forma en forma rápida y por lo tanto necesitan un reemplazo frecuente. Y cualquier residuo sólido que produzcan puede ser una causa de asperezas. Los ánodos insolubles son perfectamente satisfactorios en algunos baños, pero en otros es difícil identificar un material adecuado y razonablemente económico para construir. La consecuencia de estas dificultades es que todos estos métodos son más susceptibles de ser utilizados en conexión con la electroformación o la deposición de recubrimientos gruesos para propósitos de ingeniería que en la aplicación de recubrimientos decorativos o protectores.

Está en el propio interés de los fabricantes hacer lo que se pueda para ayudar al taller de galvanización a alcanzar un espesor bastante uniforme mediante la entrega de trabajos de diseños simples.

Consideraciones de diseño

Distribución del recubrimiento

Se explicó arriba por qué los depósitos electrolíticos tienden a variar en mayor o menor grado sobre la superficie de un producto a metalizar. Las hendiduras profundas presentan el mayor problema, pero incluso la distribución sobre formas aparentemente mas sencillas pueden ser sorprendentemente desigual, a menos que se tomen precauciones especiales. Todos los bordes y esquinas atraen más corriente que el resto del las superficies. Como una guía general, el espesor medio de recubrimiento de níquel sobre una lámina rectangular plana, puede ser dos veces el espesor en los bordes, que lo que se consigue en el centro de la cara. La siguiente ilustración muestra cómo un revestimiento puede variar en diversas formas típicas.

ENJUAGUE Y DRENAJE

Es fácil apreciar la importancia de un buen drenaje, si se tiene en cuenta las muchas etapas que intervienen en una operación típica de galvanizado. Para metalizar con zinc y neutralizar los componentes de acero dulce, es necesaria una secuencia similar a la siguiente:

a) limpieza por inmersión en álcali caliente
b) limpieza electrolítica en álcali caliente
c) enjuague en agua fría
d) inmersión en ácido para eliminar el óxido y sarro
e) enjuagar en agua fría
f) enjuagar en agua fría
g) electrodeposición de zinc
h) enjuague estático para conservar las sales de electrodeposición
i) enjuague en agua fría
j) inmersión en solución de cromato
k) enjuague en agua fría
l) enjuague en agua tibia
m) secado con aire caliente

Los enjuagues son esenciales para evitar la contaminación de las soluciones de procesamiento posteriores, las que generalmente se deterioran rápidamente si se ha producido un significativo arrastre. El diseño del componente juega un papel muy esencial para que este enjuague vital pueda llevarse a cabo de forma rápida y eficiente. El mismo puede ayudar también a disminuir la cantidad de agua consumida y reducir el costo del tratamiento de efluentes.

La primera necesidad es la de evitar bolsas y agujeros ciegos en los que se pueda retener solución. Si los huecos no se pueden eliminar por completo, puede ser necesario insertar agujeros de drenaje. Un buen ejemplo es el talón en la llanta de las ruedas de bicicleta. Este no puede ser fácilmente sellado por completo, por soldadura o laminados, por lo que es habitual  proporcionar un número de pequeños agujeros alrededor de la periferia de la llanta específicamente para fines de drenaje.

Evite los bolsillos y agujeros ciegos en los que la solución pueda ser atrapada

Las articulaciones plegadas y bañadas, ya sea aseguradas por soldadura o remachadas, tienden a retener la solución y por lo tanto deben ser selladas, ya sea por soldadura continua o rellenando con material inerte, como alternativa la brecha debería ampliarse para permitir el drenaje fácil y un enjuague satisfactorio.

Si el aire o el gas evolucionado quedan atrapados en una cavidad que mire hacia abajo, este evitará el metalizado. Este artículo será rechazado si este es parte de la gran superficie, y puede sufrir una corrosión rápida en servicio si no lo es. Un operario de galvanizado debe verificar el trabajo de manera que se evite este problema, pero su margen de maniobra es limitado. En algunos casos será necesario proporcionar orificios para el escape de gas.

Fabricación y procesos de tratamiento

La elección del método de fabricación de cualquier artículo está sujeta a muchas limitaciones, y uno de ellas es el efecto que tiene en los procesos posteriores de acabado.

La influencia de las operaciones de conformación en la calidad de la superficie es importante.

Cuando se emplea embutición de chapa, vale la pena asegurarse de que las herramientas de prensa tengan un buen acabado. Un lubricante y una película protectora también deben utilizarse para evitar arañazos y otros defectos de la superficie, minimizando así el coste de las operaciones de pulido.

El costo de galvanizar fundiciones a presión, tanto en términos de los procesos que tengan que ser utilizados como el porcentaje de rechazos en que se incurra, es altamente sensible a la calidad de la superficie. El cuidado en el diseño de la matriz para obtener el flujo de metal liso, en el acabado de las superficies del molde, y en el establecimiento de condiciones óptimas de proceso es bien pagado.

El efecto de la forma del diseño en la uniformidad del espesor de recubrimiento, y el gas o fluido atrapados es independiente de la forma en que se produce el componente, pero hay consideraciones adicionales si el proceso implica la solidificación, por ejemplo, fundición de metales o moldeo de plásticos. En un acabado metalizado llama la atención las eventuales imperfecciones.

Por lo tanto, lo mejor es evitar las áreas grandes y planas, y preferir las superficies convexas o bien o con textura.

Cuando se requieran nervaduras, estas deben ser más delgadas que la pared principal, para evitar marcas de hundimiento visibles en las superficies exteriores. Estas deben ser reducidas y redondeadas, tanto donde se encuentran con la pared como en su borde exterior. Las protuberancias o salientes también deben ser reducidas y redondeadas, y hechas lo más cortas posible, deben ser ahuecadas preferentemente para dar mínimo espesor de pared. Si se van a insertar con otros materiales, es mejor colocarlos después del metalizado. Si es esencial, sin embargo, moldearlos en el componente, la compatibilidad de los materiales utilizados con todas las soluciones de procesamiento debe ser verificada.

En el metalizado de plásticos, se debe recordar que muchos polímeros pierden fuerza a las temperaturas de procesamiento. Los espesores de pared deben ser suficientes para evitar la distorsión y puntos escalonados (donde se puede aplicar una presión importante), lo suficientemente fuertes para resistir la distorsión.

Los plásticos ensamblados entre sí, ya sea soldados o cementados, rara vez pueden ser galvanizados con éxito.

Los metales soldados no presentan tanta dificultad, aunque, como ya se ha mencionado, las soldaduras pueden crear problemas si las soluciones de procesamiento quedan atrapadas. Una gran formación de escamas puede estar asociada con la soldadura de gas y por arco. La remoción de la misma, ya sea en forma mecánica o química, es una etapa adicional de proceso y puede dar lugar a una rugosidad que requiera un tratamiento adicional. Si se sueldan superficies engrasadas, una película adherente carbonosa puede ser producida, la que es más difícil de eliminar que las incrustaciones de soldadura ordinaria; es preferible en tales casos desengrasar la pieza antes de la soldadura.

Las uniones soldadas raramente presentan alguna dificultad en particular. El operario galvanizador tendrá que asegurarse, sin embargo, que se eliminan los residuos de fundente y que las soluciones de procesamiento no tengan ninguna reacción adversa con los componentes de la soldadura.

Cualquiera de las operaciones posteriores a la fabricación debe ser verificada por posibles efectos.

El tratamiento térmico, por ejemplo, podría dar lugar a gran formación de incrustaciones, es importante seleccionar los tratamientos y las condiciones que eviten esto.

 

 

 

 

 

 

 

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