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DEFORMACION PLASTICA 1. Curva de Esfuerzo vs Deformación

Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico, es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad . 1.1.

Proceso de Conformado

Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las piezas metálicas.

2. Deformación plástica de los metales dúctiles Los materiales metálicos usados en la ingeniería se clasifican generalmente en dúctiles y frágiles. Un material dúctil es el que tiene un alargamiento a tracción relativamente grande hasta llegar al punto de rotura (por ejemplo, el acero estructural o el aluminio), mientras que un material frágil tiene una deformación relativamente pequeña

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hasta el mismo punto. Frecuentemente se toma como línea divisoria entre las dos clases de materiales un alargamiento arbitrario de 0.05 cm/cm. La fundición y el hormigón son ejemplos de materiales frágiles.

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Presentan región elástica, región plástica y fractura Características mecánicas generales: resistentes, dúctiles (maleables) y con fractura en la región plástica El tipo de enlace en un material determina críticamente el grado de deformación elástica o plástica del mismo, p. ej. la posibilidad de que los átomos abandonen sus posiciones de equilibrio bajo la aplicación de tensiones externas El enlace metálico (no direccional ) permite un desplazamiento sencillo de las dislocaciones bajo pequeñas tensiones aplicadas y en cualquier dirección La carga eléctrica en un metal está des localizada y compartida por todo el material, luego no supone un impedimento para el desplazamiento de los átomos Particularidades (oscilaciones en la transición régimen elásticoplástico, superplasticidad) 3. Trabajo en frio Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una deformación.

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3.1.     

Características

Mejor precisión Menores tolerancias Mejores acabados superficiales Mayor dureza de las partes Requiere mayor esfuerzo

4. Trabajo en caliente

Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de re-cristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad. 4.1. Características

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Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo Menores esfuerzos Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío

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5. Ecuaciones de la plasticidad

1. La teoría de la plasticidad esta definida por tres grupos de ecuaciones básicas:La descomposición de deformaciones en sus partes elástica y plástica, con las ecuaciones 2. de Hooke que relacionan las deformaciones elásticas con las tensiones aplicadas.El criterio de plasticidad, que define en que condiciones el comportamiento es elástico o 3. plástico.La regla de flujo que define como se incrementa de deformación plástica. Veamos con detalle cada uno de estos grupos de ecuaciones para un material metálico isotropo. 5.1.

Descomposición elastoplástica

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5.2.

Criterio de plasticidad

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5.3.

Regla de flujo

6. Proceso de Deformación Plástica

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6.1.

PROCESO DE CIZALLADO

El proceso de cizallado es una operación de corte de láminas que consiste en disminuir la lámina a un menor tamaño. Para hacerlo el metal es sometido a dos bordes cortantes.

Donde V es la velocidad y F es la fuerza de la cuchilla

6.2.

PROCESO DE TROQUELADO

El proceso de troquelado es una operación en la cual se cortan láminas sometiéndolas a esfuerzos cortantes, desarrollados entre un punzón y una matriz, se diferencia del cizallado ya que este último solo disminuye el tamaño de lámina sin darle forma alguna. El producto terminado del troquelado puede ser la lámina perforada o las piezas recortadas.

Los bordes de herramientas desafilados contribuyen también a la formación de rebabas, que disminuye si se aumenta la velocidad del punzón.

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6.2.1.

Partes de una troqueladora

Cálculo de la fuerza de troquelado ejercida por el punzón La fuerza máxima del punzón, FT, se puede estimar con la ecuación: 6.2.2.

donde: t:es el espesor de la lámina l: es la longitud total que se recorta (el perímetro del orificio) Sult: es la resistencia última a la tensión del material, y k: es un factor para aumentar la fuerza teórica requerida debida al empaqueta-miento de la lámina recortada, dentro de la matriz. El valor de k suele estar alrededor de 1.5.

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6.3.

PROCESO DE DOBLADO

El doblado de metales es la deformación de láminas alrededor de un determinado ángulo. Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados (menores a 90°) o rectos. Durante la operación, las fibras externas del material están en tensión, mientras que las interiores están en compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lámina metálica.

6.3.1. 6.3.1.1.

Tipos de doblado Doblado entre formas

En este tipo de doblado, la lámina metálica es deformada entre un punzón en forma de V u otra forma y un dado. Se pueden doblar con este punzón desde ángulos muy obtusos hasta ángulos muy agudos. Esta operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo volumen de producción.

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6.3.1.2.

Doblado deslizante

En el doblado deslizante, una placa presiona la lámina metálica a la matriz o dado mientras el punzón le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado. Este tipo de doblado está limitado para ángulos de 90°. 6.3.2.

Cálculo de la fuerza para doblado de láminas

La fuerza de doblado es función de la resistencia del material, la longitud L de la lámina, el espesor T de la lámina, y el tamaño W de la abertura del dado. Para un dado en V, se suele aproximar la fuerza máxima de doblado, FD, con la siguiente ecuación:

6.4. PROCESO DE EMBUTIDO El proceso de embutido consiste en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego presionándolo hacia la cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la cual quedará formada la lámina.

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El número de etapas de embutición depende de la relación que exista entre la magnitud del disco y de las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición, del material y del espesor de la chapa. Es decir, cuanto más complicadas las formas y más profundidad sea necesaria, tanto más etapas serán incluidas en dicho proceso. Ejemplo de embutido

6.5.

PROCESO DE LAMINADO

El laminado es un proceso en el que se reduce el espesor de una pieza larga a través de fuerzas de compresión ejercidas por un juego de rodillos, que giran apretando y halando la pieza entre ellos.

El resultado del laminado puede ser la pieza terminada (por ejemplo, el papel aluminio utilizado para la envoltura de alimentos y cigarrillos), y en otras, es la materia prima de procesos posteriores, como el troquelado, el doblado y la embutición.

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6.5.1.

6.6.

Proceso de laminado del Acero

PROCESO DE FORJADO

El proceso de forjado fue el primero de los procesos del tipo de compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de compresión que exceden la resistencia de fluencia del metal. En este proceso de formado se comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada.

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La mayoría de operaciones de forjado se realiza en caliente, dada la deformación demandada en el proceso y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal. Sin embargo este proceso se puede realizar en frío, la ventaja es la mayor resistencia del componente, que resulta del endurecimiento por deformación.

Los productos más típicos que se pueden obtener a través del forjado son: tornillos, remaches, ejes de turbinas, engranajes, bielas, piezas estructurales para maquinaria, aviones, ferrocarriles…

6.7.

PROCESO DE EXTRUSIÓN

La extrusión es un proceso por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal. Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos.

Existe el proceso de extrusión directa, extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en caliente para metales (a alta temperatura).

6.7.1.

6.7.1.1.

Tipos de extrusión Extrusión directa

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En la extrusión directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que será comprimido por un pistón. Al ser comprimido, el material se forzará a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometría del dado.

6.7.1.2.

Extrusión indirecta

La extrusión indirecta o inversa consiste en un dado impresor que está montado directamente sobre el émbolo. La presión ejercida por el émbolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca en el fondo del dado contenedor. 6.7.2.

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Defectos de extrusión

Quebradura de superficie - cuando hay grietas en la superficie de extrusión. Esto se debe a la temperatura de extrusión, fricción, o velocidad muy alta. Esto puede pasar también a bajas temperaturas, si el producto temporalmente se pega al troquel. Defecto de tubo - Se crea una estructura de flujo que arrastra los óxidos de la superficie y las impurezas al centro del producto. Tales patrones que son frecuentemente causados por altas fricciones o enfriamiento de la parte externa de la barra. El agrietamiento interior o defecto Chevron se produce cuando el centro de la expulsión desarrolla grietas o vacíos. Estas grietas son atribuidas fuerzas de tensión hidrostática en la línea central en la zona de deformación en el troquel. Aumenta al aumentar el ángulo de la matriz y la concentración de impurezas, y disminuye al aumentar la relación de extrusión y la fricción. 6.7.3.

Metales que son comúnmente usados en procesos de extrusión:

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Aluminio : es el material más común, puede ser extruido caliente o frío. si es extruido caliente es calentado de 300 a 600 °C(575 a 11 00 °F) . Ejemplos de este producto incluye armaduras, marcos, barras y disipadores de calor entre otros. Cobre (600 a 1000 °C (1100 a 1825 °F)) cañerías, alambres, varas, barras, tubos y electrodos de soldadura. A menudo se requieren 100 ksi (690 MPa) para extruir el cobre. Plomo y estaño (300 °C (máximo 575 °F)) cañerías, alambres, tubos y forros exteriores de cables. La fundición de plomo también es usada en vez del prensado de extrusión vertical. Magnesio (300 a 600 °C (575 a 1100 °F)) en partes de aviones y partes de industrias nucleares. Zinc (200 a 350 (400 a 650 °F)), varas, barras, tubos, componentes de hardware, montajes y barandales Acero (1000 a1300 °C (1825 a 2375 °F)) varas y pistas, usualmente el carbón acerado simple es extruido. La aleación acero y acero inoxidable también puede ser extruida. Titanio (600 a 1000 °C (1100 a 1825 °F)) componentes de aviones, asientos, pistas, anillos de arranques estructurales.

7. Equipos utilizados en los procesos de conformación 7.1. por deformación plástica.

7.1.1.

Laminado

Este proceso requiere equipos pesados llamados molinos laminadores o de laminación que son los encargados de ejercer la presión necesaria al tocho o la palanquilla para reducir el espesor en los diferentes pasos. El molino de laminación consiste en dos rodillos opuestos que se denomina molino de dos rodillos. Estos pueden tener varias configuraciones: reversible y no reversible. En la no reversible los rodillos giran en la misma dirección. Y en la reversible los rodillos pueden girar en ambas direcciones y permite una serie de reducciones a través de los mismos rodillos pasando varias veces el material desde direcciones opuestas.

7.1.2.

Extrusión

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Existen diferentes variaciones en el equipamiento para la extrusión, los cuales se distinguen por cuatro características fundamentales: 

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Movimiento de la extrusión con relación al material que será sometido a extrusión: Si el troquel se sostiene de forma estacionaria y el material de partida se mueve hacia él, se trata de una "extrusión directa". Si el material de partida está estacionario y el troquel se mueve hacia el material de partida, se trata entonces de una "extrusión indirecta". La posición de la prensa, ya sea vertical u horizontal. El tipo de manejo, ya sea hidráulico o mecánico. El tipo de carga aplicada, ya sea convencional (variable) o hidráulica. Existen varios métodos para la formación de cavidades internas en la extrusión. Una vía es usar una barra hueca y entonces usar un mandril fijo o flotante. El mandril fijo también es conocido como tipo alemán, integrado dentro el dummy block y el mango. El mandril flotante también es conocido como tipo francés, flotadores en las hendiduras en el dummy block se alinean con el mismo al troquel cuando ocurre la extrusión. Si una barra sólida se usa como material entonces esta debe, primero, ser pasada por el mandril, antes de ser extruida por el troquel. Se utiliza una prensa especial para controlar el mandril independientemente del material de partida.1 La barra sólida puede incluso ser usada con el troquel araña, troquel tronera o troquel puente, todos estos tipos de troqueles incorporados al mandril en el troquel y mantienen el mandril en el lugar. Durante la extrusión el metal se divide y fluye alrededor de los sostenes, dejando una línea de soldadura en el producto final.4 El proceso de extrusión típico cuesta más de 100.000 dólares, mientras el troquelado puede costar hasta 2000. 7.2.

El forjado

Martillos y prensas: estas máquinas trabajan para golpes repetidos en caliente (martillos, pistones y martinetes), o por presión, esfuerzos estáticos (prensas). Los martillos pilones y martinetes trabajan según el principio de la caridad de una masa desde cierta altura sobre el acero. Para accionar la masa puede usarse vapor o aire. Estas máquinas pueden llegar a usar masas de hasta 125000 kg. Los martinetes pueden aportar presiones de hasta 1800 kg. las prensas pueden ser hidráulicas o mecánicas, trabajan por presión estática WEBGRAFÍA https://www.ingenieriaindustrialonline.com/herramientas-para-elingeniero-industrial/procesos-industriales/procesos-de-conformado/ http://procesodefabricacion1.blogspot.pe/

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