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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CABIMAS DEPARTAMENTO DE MECANICA CABIMAS – EDO. ZULIA

REALIZADO POR:

Cabimas, Mayo de 2013

INTRODUCCIÓN Los metales, los plásticos y los materiales de cerámicas se transforman en artículos útiles y productos de consumo por muchos diferentes medios. Los metales se vacían de maneras diferentes en moldes para producir formas intrincadas pequeñas o partes para máquinas en producción en serie. Los metales también se laminan entre rodillos, se conforman en piezas y se martillan en matrices o se fuerzan a través de dados por extrusión para hacer formas especiales. Aunque la forja fue en un tiempo una operación para metales en caliente, en la actualidad se practica el forjado en frío aún con el acero. A temperaturas intermedias se puede producir un material metalúrgicamente superior para algunos fines. Si el esfuerzo de compresión se transmite al metal por medio del disco de presión o de la matriz, al proceso de extrusión se le denomina extrusión directa o extrusión inversa

DESARROLLO EMBUTIDO El embutido a máquina es una variante del estampado. El embutido de la chapa consiste en darle una forma ahuecada, por deformación de la chapa, tal como vasos, cartuchos, etc., o en general, la forma de una superficie cualquiera no desarrollable. Se efectúa por medio de troqueles o estampas de embutir. El embutido, según los casos, se puede hacer en frío o en caliente. Cuando se hace en frío, si la superficie se aparta mucho de la forma plana, suele hacerse la embutición en dos o más operaciones sucesivas entre las cuales se da un recocido intermedio para la acritud próxima por la operación anterior. Estas operaciones se realizan en prensas. En la técnica de troquelado, al estirar se le denomina embutir y consiste en transformar un corte plano en un cuerpo hueco por medio de matriz y macho, en caso necesario, se utiliza también el pison. O transformar un hueco en otro del mismo tipo pero de menor sección sin que disminuya el espesor de pared. El grado de transformación está determinado por la relación de embutición. Por relación de embutición se entiende en la embutición previa la relación del diámetro del corte al diámetro del macho; y en las embuticiones intermedia y final la relación del diámetro del macho anterior al siguiente. Embutición previa es la transformación de un corte plano en un cuerpo hueco. La herramienta se llama troquel primero. Antiguamente se llamó a este método de trabajo estirar previo o también preestirado.

Embutición intermedia es la transformación de u cuerpo hueco para disminuir o modificar su sección. Anteriormente se llamaba a este método de trabajo estirado en reestirado o estirado posterior. El útil de embutición intermedia se llama troquel segundo hasta (n-1.) En este caso, n es el número de todos los troqueles. Embutición invertida remangada es una embutición intermedia en sentido contrario a la embutición precedente. Como herramienta se tiene el troquel de remangado. Embutición de acabado es la transformación de u cuerpo hueco para conseguir esa actitud especial o aristas con redondeamientos. Se efectúa con el denominado troquel de acabado. Embutición por estirado es la transformación de u cuerpo hueco para disminuir su espesor de pared por medio de matriz y macho de embutición. Herramienta: troquel de estricción . Embutición interior con matriz y macho de embutir es la transformación del borde de una perforación existente en una pieza de forma que se forme un cuello en el borde de la perforación por efecto de la presión de embutición. Herramienta: troquel de atravesar. Embutición de estirado interior atravesado es la transformación del borde de una perforación existente en una pieza para formar un cuello con disminución simultanea del espesor del cuello o trasformar un cuello para disminuir su espesor de pared, para lo cual se tiene el troquel de trabajo simultaneo, estricción y atravesado.

TREFILADO La trefilación consiste en cambiar y/o reducir la sección de una barra haciéndola pasar por tracción a través de un dado cónico. Este proceso se realiza en frío. En general este proceso es económico para barras de menos de 10mm de diámetro. Fundición a coquilla. Este procedimiento, consiste en sustituir los moldes de arena en la fundición ordinaria por gravedad, por moldes metálicos. También se puede entender como método de fundición en moldes duraderos que permite la fabricación más racional de piezas de fundición mediante un uso repetido de los moldes, aumentando la exactitud en las medidas y mejorando la naturaleza de la superficie. Al mismo tiempo, resulta también una ventaja del punto de vista de la figura de la estructura y con ello de la resistencia, del límite de fluencia y de la dureza. La fundición en coquilla se aplica especialmente para metales ligeros (Al, Mg) así como aleaciones de metales pesados. Bajo ciertas condiciones es posible la fabricación en serie de piezas de hierro fundido, por el método de fundición a coquilla. Las piezas están exentas de dureza en los bordes, son compactas, mecanizables, exactas y pueden ser fundidas en serie siempre que se trate de piezas de poco peso, hasta 70 Kg de peso unitario aproximadamente. Se fabrican con este sistema amortiguadores, frenos de aire comprimido, piezas resistentes al aire y al aceite para máquinas frigoríficas, cilindros, piezas para máquinas de escribir, etc. Las propiedades físicas del aluminio permiten la fundición de piezas muy complicadas, de manera que, aparte de las coquillas en dos partes, también se utilizan moldes múltiples, piezas sueltas, machos compuestos y

accesorios para moldeo, además se emplean a menudo machos de arena y machos de masa. Aparte de esto, es posible fundir conjuntamente zonas roscadas. Como material para el molde se emplea normalmente hierro fundido. Una aplicación de plombagína aísla el material del molde del material fundido. La temperatura de las coquillas debe mantenerse entre 300 y 400ºC. Se ha desarrollado también la fundición en grandes y complicadas coquillas. Piezas de forma complicada alcanzan hoy pesos de más de 40 Kg, y las piezas sencillas hasta 150 Kg. Las piezas fundidas en coquillas encuentran aplicación principalmente en la fabricación de vehículos, maquinas y mecanismos en la electrotécnica. Las circunstancias en caso del magnesio hacen algo diferente la técnica de la fundición, sobre todo desde el punto de vista de la disposición de bebederos y la técnica de la colada, así como la de los recubrimientos a emplear. Hay que prestar atención a un buen calentamiento y control del calor del calor. La Industria del automóvil es gran consumidora de piezas de magnesio fundido en coquillas. La fundición en coquilla de metales pesados no férricos es más difícil que la de los metales ligeros. La viscosidad y capacidad de conducción del calor son menores, el enfriamiento es más rápido que en el metal ligero. La disminución del efecto del enfriamiento, se controla mediante el revestimiento del molde. Después de cada colada debe ser renovado el revestimiento aislador, lo que se efectúa por vía húmeda, con lo que se consigue también una refrigeración de la coquilla. Por medio de adiciones de fusión se puede mejorar el aspecto de la superficie. Los tiempos de fabricación son menores que en el caso del metal ligero, la producción, por tanto, mayor. Principalmente son fundidos con este procedimiento latón, bronces de

aluminio aleado, así como cobre puro. Se fabrican principalmente grifería así como piezas para la industria cerrajera. Las partes principales de la coquilla son: -El cuerpo del molde, que da forma exterior a la pieza; en todos los casos siempre es metálico. Está formado por dos o más partes, según la complejidad de las piezas a obtener. -Los machos o núcleos, que determinan las cavidades o entrantes de las piezas; éstos pueden ser metálicos o de arena. Los metálicos deben ser de forma ligeramente cónica para facilitar la extracción. A veces los núcleos se construyen en varias piezas. Características del trefilado. Dependiendo de la longitud y el diámetro de las barras a trabajar, varían las reducciones que se pueden llegar a obtener mediante este proceso. A las barras de hasta 15 mm de diámetro o mayores, se les suele dar una ligera pasada para mejorar el acabado superficial y las tolerancias dimensionales reduciendo su diámetro hasta 1,5 mm. En otros tamaños más pequeños, se puede llegar a conseguir reducciones del 50%, y en otros alambres de hasta el 90% en pasadas sucesivas, partiendo en un estado del material de recocido y antes de que necesite un nuevo recocido con el fin de eliminar su acritud. Se fabrican alambres de hasta 0,025 mm y menores, variando el número de hileras por los que pasa el alambre y con varios recocidos de por medio. La disminución de sección en cada paso es del orden de un 20% a un 25% lo que da un aumento de resistencia entre 10 y 15 kg/mm2. Pero alcanzado cierto límite, variable en función del tipo de acero, no es aconsejable

continuar con el proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia a tracción sigue aumentando, se pierden otras características como la flexión. Las ventajas que aporta el trefilado propias del conformado en frío son las siguientes: buena calidad superficial, precisión dimensional, aumento de resistencia y dureza, y por supuesto la posibilidad de producir secciones muy finas. Proceso. Las diferentes operaciones que se realizan durante este proceso son: -Patentado: Tratamiento térmico que consiste en calentar el alambre hasta 950ºC, y una vez alcanzada dicha temperatura; enfriarlo bruscamente en un baño de plomo a 500ºC. Este tratamiento tiene por objeto dar al alambre una estructura dúctil que permite el trefilado -Decapado. Consiste en preparar y limpiar el material, eliminando el óxido que puede haberse formado en las superficies del material, en laminaciones anteriores.

Normalmente

se

hace

mediante

ataques

químicos

y

posteriormente se realiza una limpieza con agua a presión. -Trefilado. Los lubricantes y diferentes máquinas son los factores principales. Se suele utilizar de lubricantes la parafina y el grafito en solución coloidal o finamente dividido. -Acabado. Una vez que ya ha salido el material de la hilera, se le somete a operaciones de enderezamiento, eliminación de tensiones y, a veces, algunos

tratamientos

isotérmicos

para

características mecánicas del producto.

conseguir

mejoras

en

las

Mandriles para el trefilado. Muchas de las varillas, alambres, tubos de pared estrecha y perfiles especiales, se producen mediante un trefilado en frío. Dependiendo del producto que queramos obtener, realizaremos un trefilado simple, con mandril fijo o con mandril flotante:

Diferencias del Trefilado. Materiales a los que se aplica Proceso de obtención del alambre Tras el proceso de fundición del acero, se obtiene la palanquilla, de sección cuadrada, después por laminación en caliente se obtienen los rollos de alambrón con cascarilla. Este sufre un tratamiento térmico de austempering o patentado durante el cual, la austenita se transforma en bainita. La estructura bainítica da al material una ductilidad suficiente para facilitar su deformación en frío durante el proceso de trefilado. Si se trata de alambres de acero con un bajo contenido en carbono, es suficiente un recocido, que recristaliza la ferrita dejando el material apto para trefilar. El alambre así tratado pasa a continuación por un proceso de desoxidación en medio ácido, en el cual se eliminan los óxidos y la cascarilla que lo

recubren al salir del horno de patentado. Antes del trefilado conviene proteger la superficie del alambre con una capa de fosfatos, (bonderización) o bien cobre, cal u otro depósito que servirá de soporte del lubricante de trefilería. Equipo necesario Las máquinas utilizadas para realizar este proceso se denominan trefiladoras. En ellas se hace pasar el alambre a través de las hileras, como se ha descrito anteriormente. Para lograrlo el alambre se enrolla en unos tambores o bobinas de tracción que fuerzan el paso del alambre por las hileras. Estas hileras se refrigeran mediante unos lubricantes en polvo y las bobinas o tambores de tracción se refrigeran normalmente con agua y aire. Las trefiladoras pueden ser de acumulación en las que no hay un control de velocidad estricto entre pasos o con palpadores en las que sí se controla la velocidad al mantener el palpador una tensión constante.

Las magnitudes del proceso son: do

= Diámetro de entrada del alambre (si es redondo)

d1

= Diámetro de salida (mm)

Ao

= Area central a la entrada (o)

A1

= Area final a la salida (1)

Fo

= Fuerza tractora a la entrada (kp)

F1

= Fuerza de tracción a la salida

V1

= Velocidad del alambre a la salida (m/seg)

σ1

= Tensión de salida

Pto. 0 = Indica comienzo de la deformación plástica Pto. 1 = Indica final de la deformación plástica ε

= Grado de deformación otorgado

μ

= Coeficiente de roce entre hilera y material

εo

= Deformación previa del material a la entrada

p

= Presión entre herramienta y metal

HB

= Dureza Brinell

σs

= Límite de fluencia o resistencia a la deformación del material (kp/mm2)

σ

= Tensión media del proceso

г

= Reducción de área = Ao – A1

%

Ao B

= μ/tgα = μ/α si el ángulo de la hilera es pequeño

R

= Fuerza radial de separación al trabajo con hilera bipartida (split die)

Nt

= Potencia de trefilación

Ne

= Potencia eléctrica efectiva a la salida del motor del trefillador = V x I (kw)

n

= Rendimiento del trefilador

EXTRUSION Este proceso de compresión indirecta es esencialmente de trabajo en caliente, donde un lingote fundido de forma cilíndrica, se coloca dentro de un fuerte contenedor de metal y comprimido por medio de un émbolo, de manera que sea expulsado a través del orificio de un dado. El metal expulsado o extruido toma la forma del orificio del dado. El proceso puede llevarse a cabo por dos métodos llamados: extrusión directa, donde el émbolo está sobre el lingote en el lado opuesto al dado y el metal es empujado hacia el dado por el movimiento del émbolo Fig.1 (a), o extrusión indirecta, en la cual el dado y el émbolo están del mismo lado del lingote y el dado es forzado dentro del lingote, por el movimiento del émbolo

Extrusión Directa

La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del troquel por el tornillo o carnero. Hay un dummy block reusable entre el tornillo y la

barra para mantenerlos separados. La mayor desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión de la barra, es mayor que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza de fricción introducida por la necesidad de la barra de recorrer completamente el contenedor. Por eso la mayor fuerza requerida es al comienzo del proceso y decrece según la barra se va agotando. Al final de la barra la fuerza aumenta grandemente porque la barra es delgada y el material debe fluir no radialmente para salir del troquel. El final de la barra, llamado tacón final, no es usado por esta razón.

Gráfico de fuerzas requeridas por varios procesos de extrusión.

Extrusión indirecta

En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al moverse la barra con el contenedor, la fricción es eliminada.

Ventajas: •

Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de fricción, permite la extrusión de largas barras.

•

Hay una menor tendencia para la extrusión de resquebrajarse o quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.

•

El recubrimiento del contenedor durará más debido al menor uso.

•

La barra es usada más uniformemente tal que los defectos de la extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos probables.

Desventajas: •

Las impurezas y defectos en la superficie de la barra afectan la superficie de la extrusión. Antes de ser usada, la barra debe ser limpiada o pulida con un cepillo de alambres.

•

Este proceso no es versátil como la extrusión directa porque el área de la sección transversal es limitada por el máximo tamaño del tallo.

LAMINADO

Groover (2007), lo define como un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos. Los rodillos giran, para jalar el material de trabajo y a la vez apretarlo entre ellos.

Además de la obvia deformación volumétrica, también se produce deformación en la estructura del material, lo que también indicará si el

material se ha endurecido o no. Este proceso requiere equipo pesado llamados molinos laminadores o de laminación.

Fig1. Cambio en la estructura de un metal FCC durante la deformación en frío, vista en microscopio óptico

De la figura 1. Se observa que después de dicho proceso la estructura interna empieza a ser alargada. TIPOS DE LAMINADO. Según el mismo autor existen varios tipos de laminado entre los cuales tenemos: Laminado en caliente. La mayoría del laminado se realiza en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida. Los metales laminados en caliente están normalmente libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrópicas. Las desventajas en caliente son que el producto no puede

mantenerse dentro de las tolerancias y la superficie presenta una capa de óxido característica.

Fig.2 Laminado en caliente

La deformación plástica en caliente se realiza llevando el material a altas temperaturas. Estos procesos permiten la modificación de la estructura metalografía y el tamaño de grano.

Fig.3 Proceso de laminado

Laminado en frio.

El laminado en frió hace más resistente el metal y permite obtener tolerancias deseadas. Además la superficie del material está

libre de

incrustaciones u oxido.

Por ello, los rollos, laminas, etc. Obtenidos en frió son ideales para el estampado de paneles exteriores y otros productos.

Pasos de laminación.

El metal

trabajo

empieza con un

fundido

y

recién solidificado.

caliente,

el

lingote se coloca

en un horno donde

permanece varias

horas,

alcanzar

Aun

hasta

temperatura el

cuerpo,

una

uniforme en todo para

que

pueda

fluir

normalmente durante el laminado. Para el acero la temperatura de laminación está alrededor de los 1200°C.

Fig.4 Laminado del acero

Formas Intermedias. El lingote recalentado pasa al molino de laminación, donde se lamina para convertirlo en una “formas intermedias”, estas formas son luego laminadas para convertirlas en productos finales.

Lupias. Tiene una sección transversal de 6pulg. o mayor. Las lupias se laminan para generar perfiles estructurales y rieles para ferrocarril.

Tocho. Se lamina a partir de una lupia y es cuadrado con dimensiones de 1.5pulg. Por lado o mayor. Los tochos se laminan para producir barras y varillas.

Plancha. Se lamina a partir de un lingote o de una lupia y tiene una sección rectangular de 10pulgadas de ancho o más, y un espesor de 1.5pulgadas o más. Estas se laminan para convertirlas en placas, laminas y tiras. Las placas laminadas en caliente se usan para la construcción de otros productos.

Laminado de Perfiles.

En el laminado de perfiles, el material de trabajo se deforma para generar un contorno en la sección transversal. Los productos hechos por este proceso incluyen perfiles de construcción como vigas en

I, en L y

canales en U, vías de ferrocarril y barras redondas y cuadradas.

Fig.5 Laminado de perfiles

El proceso se realiza pasando el material de trabajo a través de rodillos que tienen impreso el reverso de la forma deseada. Los rodillos para este proceso son complicados, y el material inicial de forma cuadrada. Por la

forma de los molinos, para evitar agrietamientos o torceduras se realiza lentamente y de manera gradual utilizando rodillos horizontales y verticales para lograr una reducción consistente del material de trabajo.

Fig.6 Laminado de engranajes

ESTAMPADO La estampación es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser una presión aplicada progresivamente o una percusión, para lo cual se utilizan prensas y martinetes. Los moldes, son estampas o matrices de acero, una de ellas deslizante a través de una guía (martillo o estampa superior) y la otra fija (yunque o estampa inferior). Si la temperatura del material a deformar es mayor a la temperatura de recristalización, se denomina estampación en caliente, y si es menor se denomina estampación en frío. El estampado es un forjado mecánico en el que se emplea un molde o estampa para conformar la pieza.

La estampa se compone de dos partes (estampa y contra estampa) que se acoplan entre sí. Al diseñar las estampas hay que aumentar sus dimensiones en previsión de la posterior contracción del material que se produce. También es preciso prever unas salidas de material para asegurar que el llenado de la estampa es correcto. La rebaba producida se eliminará en una operación posterior. La estampación se puede realizar tanto en frío como en caliente. Hasta hace poco la estampación en frío se reservaba únicamente para metales muy dúctiles (plomo, estaño, etc.) y para aceros con bajo contenido de carbono en piezas pequeñas. Actualmente es posible estampar en frío aceros aleados bajo ciertas condiciones.

Proceso De Estampado

Se trata de un tipo de proceso en el cual se somete el material a compresión entre dos estampas La fluencia del material queda limitada a la cavidad de la estampa. El material se coloca entre dos matrices que tienen huecos grabados con la forma de la pieza que se desea obtener. El metal llena completamente los huecos de la estampa por medio de golpes o presión empleando martillos o prensas. El proceso de estampado termina cuando las dos matrices llegan a ponerse prácticamente en contacto. No obstante, para obtener formas complicadas puede ser necesario realizar varias operaciones en una serie de estampas que se aproximan progresivamente a la forma final, a veces con otras operaciones intermedias.

CONCLUSIONES El primer elemento de la línea tiene que cumplir con tres requisitos básicos: 1) continuamente reunir la materia prima en estado sólido y fundido; 2) continuamente fundir la materia prima y 3) homogeneizar la materia prima térmica y físicamente. La extrusora en general consiste en uno o dos tornillos que rotan dentro de un barril caliente. Un tornillo constituye el diseño típico para la mayoría de las aplicaciones mientras que dos tornillos son usados para compuestos y materia prima en polvo. El diseño del tornillo sigue los requisitos claves del proceso tales como la tasa de rendimiento, la calidad de la fundición y las materias primas usadas Laminar, como ya he dicho, es una deformación plástica en la que el material es arrastrado a través de dos cuerpos cilíndricos que giran en sentido contrario. Bajo la acción de las fuerzas de compresión el material a laminar experimenta a través del continuo proceso de recalcado un alargamiento en sentido longitudinal así como un ensanchamiento y con ello una disminución de la sección. El material de partida para la laminación son lingotes fundidos de sección cuadrangular redonda u oval, así como desbastes con sección rectangular. Los lingotes en bruto son laminados para hacer semi productos y productos terminados. Los desbastes en bruto son laminados para chapas y bandas pasando por llantones.

La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío BIBLIOGRÁFICA

Jensen, Cecil; Helsel, Jay D. & Short, Dennis R (2004). Redes Dibujo y Diseño en Ingeniería (6ta Ed.): Mc Graw Hill. Mill P. Groover (2007). Fundamentos de Manufactura Moderna (3ra Ed.): Mc Graw Hill.