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• Phaul Richard Lopez Ponce

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 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.

 En

los procesos de conformado, las herramientas, usualmente dados de conformación, ejercen esfuerzos sobre la pieza de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría del dado.

 Cuando un metal es rolado, extruido o estirado, a una

temperatura a bajo de la de recristalización el metal es trabajado en frío. La mayoría de los metales se trabajan en frío a trabajando temperatura ambiente aunque la reacción de formado en ellos causa una elevación de la temperatura..

 Para comprender la acción de trabajo en frío, se debe poseer algún

conocimiento de la estructura de los metales. Todos los metales son cristalinos por naturaleza y están hechos de granos de forma irregular de varios tamaños.

 Cuando se trabaja en frío los cambios resultantes en la forma de

material los trae consigo marcados en la estructura de grano. Los cambios estructurales que con fragmentación del grano, movimientos de átomos y distorsión de la maya. Para el trabajo en frío se requieren presiones mucho mayores que en trabajo en caliente. Como el metal permanece en un estado más rígido, no es permanente deformado hasta que los esfuerzos aplicados han expedido el límite del elástico.

 La cantidad del trabajo en frío que un metal soporta depende sobre

todo de su ductilidad, mientras más dúctil sea el metal mejor podrá trabajarse en frío. Los metales puros pueden soportar una mayor deformación que los metales que tienen elementos dados, dado que los metales de aleación incrementan la tendencia y rapidez del endurecimiento.

 Laminación  Rechazado de metal  Formado por estirado  Estampado o forja en frío  Embutido

 Otros métodos

 Los procesos de deformación de metales aprovechan las propiedades de flujo

plástico del material a medida que es deformado para producir la forma deseada: el material se comprime o estira hasta adquirir la forma deseada.

 Por encima de la temperatura mínima de recristalización.  La forma de la pieza se puede alterar significativamente.  Se requiere menor potencia para deformar el metal.  Las propiedades de resistencia son generalmente isotrópicas debido a la     

ausencia de una estructura orientada de granos creada en el trabajo en frío. El trabajo en caliente no produce fortalecimiento de la pieza. Precisión dimensional más baja. Mayores requerimientos de energía. Oxidación de la superficie de trabajo. El utillaje está sometido a elevados desgastes y consiguientes mantenimientos.

(El término Utillaje se define como el conjunto de útiles, herramientas, maquinaria, implementos e instrumental de una industria)

 Laminación  Forja

 Extrusión  Estirado  Doblado  Embutido

 La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayoría de los

lingotes fundidos contienen muchas pequeñas sopladuras. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presión de trabajo.  Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a través del metal.  Las propiedades físicas generalmente se mejoran, principalmente debido al refinamiento del grano. La ductilidad y la resistencia al impacto se perfeccionan, su resistencia se incrementa y se desarrolla una gran homogeneidad en el metal. La mayor resistencia del acero laminado existe en la dirección del flujo del metal.  La cantidad de energía necesaria para cambiar la forma del acero en estado plástico es mucho menor que la requerida cuando el acero está frío.

 Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación o

escamado de la superficie con acompañamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. El equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es económico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas.

La curva esfuerzo-deformación ofrece una visión que permite comprender el comportamiento de los metales durante su formación. La curva típica de esfuerzodeformación para la mayoría de los metales se divide en una región elástica y una región plástica. En el formado de un metal la región plástica es de interés primordial debido a que en estos procesos el material se deforma plástica y permanentemente.

La relación típica esfuerzo-deformación presenta elasticidad por debajo del punto de fluencia y endurecimiento por deformación arriba de dicho punto. En la región plástica, el comportamiento del metal se expresa por la curva de fluencia:

σ = Kєn K = Coeficiente de resistencia n = Es el exponente de endurecimiento por deformación

Temperatura en el formado de metales

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

Temperatura en el formado de metales • 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.

Características • • •

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

 El formado de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se usa la

deformación plástica para cambiar la forma de las piezas metálicas. La deformación resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por tanto, el metal se deforma para tornar la forma que determina la geometría del dado.

 Para formar exitosamente un metal éste debe poseer ciertas propiedades. Las

propiedades convenientes para el formado son:  Baja resistencia a la fluencia  Alta ductilidad.

 Estas propiedades son

afectadas por la temperatura. La ductilidad se incrementa y

la resistencia a la fluencia se reduce cuando se aumenta la temperatura de trabajo.

 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.

 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.

 La fuerza máxima del punzón, FT, se puede estimar con la ecuación:

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 empaquetamiento de la lámina recortada, dentro de la matriz. El valor de k suele estar alrededor de 1.5.

 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.

Doblado entre formas

Doblado deslizante

 En este tipo de doblado, la lámina

 En el doblado deslizante, una placa

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.

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°.

 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:

 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.

 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.

La fricción en el formado de metales surge debido al estrecho contacto entre las superficies de la herramienta y el material de trabajo, y a las altas presiones que soportan las superficies en estas operaciones. En la mayoría de los procesos de formado, la fricción es inconveniente por las siguientes razones:  1) retarda el flujo del metal en el trabajo, ocasionando esfuerzos residuales y

algunas veces defectos del producto

 2) se incrementan las fuerzas y la potencia para desempeñar la operación  3) ocurre un rápido desgaste de las herramientas.

El desgaste de la herramienta puede conducir a la pérdida de la precisión dimensional, y por ende a la fabricación de piezas defectuosas y al reemplazo de las herramientas. Como las herramientas para formado de metales son generalmente costosas, esto tiene una mayor importancia. La fricción y el desgaste de las herramientas son más severos en el trabajo en caliente, debido a las condiciones más rudas.

 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.

 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. 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.

 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).

Extrusión directa  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.

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.

 La diferencia básica entre el estirado de barras y el estirado de alambre es el diámetro

del material que se procesa.

 Aunque la mecánica del proceso es la misma para los dos casos, el equipo y la

terminología son de alguna manera diferentes.

 El estirado de barras se realiza generalmente como una operación de estirado simple,

en la cual el material se jala a través de la abertura del dado. Debido a que el material inicial tiene un diámetro grande, su forma es más bien una pieza recta que enrollada.

 El alambre se estira a partir de rollos de alambre que miden varios cientos (o miles) de

metros de longitud y pasa a través de una serie de dados de estirado.

 Suficientemente dúctiles.

 De suficiente resistencia a la tracción, para que no se rompan al estirar.  De excelente calidad en cuanto a uniformidad de composición y estructura, ya que

cualquier defecto puede provocar la rotura de la barra.

Esto involucra tres pasos: 1.

Recocido

2.

Limpieza

3.

Afilado

1.

DECAPADO: Se limpia, generalmente con ataques químicos y agua a presión, el material para eliminar el oxido que puede formarse en la superficie.

2.

ESTIRADO: Se procede a colocar el material en la máquina para empezar el proceso de estirado. En este proceso es decisivo el uso de lubrificantes para no dañar la superficie del material al pasarlo por la matriz y aplicarle la reducción de sección.

3.

ACABADO: Una vez el material estirado pasa por un proceso de enderezamiento y un ligero recocido de eliminación de tensiones, y si el caso lo requiere, algún tratamiento isotérmico para mejorar sus características mecánicas.

El estirado de barras se realiza en una máquina llamada banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor para dado (que contiene el dado de estirado), la corredera y el armazón de salida

El problema que surge cuando el tubo se estira sin utilizar un mandril, es que carece de control sobre el diámetro interno y sobre el espesor de la pared del tubo. Por esto se usan mandriles de varios tipos.

 Arrugas

 Desgarres

 Rasguños superficiales