Tema 1_Conformación por deformación y corte by Cherry Flavour

CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN Y CORTE 1.- Concepto y fundamento. (visto) 2.- Acritud. fenómeno que aparece en los

metales deformados en frío caracterizado por aumento de la dureza y resistencia a la deformación en la zona afectada distorsión en la red cristalina ↓ concentración de tensiones ↓ cizallamiento crítico

3.- Recristalización.

Etapa de temperatura en los que se forman cristales nuevos a partir de los antiguos deformados (regeneración). Temperatura de establecimiento de la conformación en frío (por debajo) y de la conformación de caliente (por encima).

CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN Y CORTE: CONCEPTOS. Conformación por Deformación y Corte, CDC •

Producto: Se puede llevar a cabo por diferentes conformaciones en función de material, tolerancias, etc.

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En CDC no quito material, lo deformo: –  Compresión. –  Tracción. –  Torsión.

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Partimos de un semielaborado: –  Cuadrado. –  Plancha. –  Pletina. –  Tubo. –  Redondo macizo.

CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN Y CORTE: CONCEPTOS. Fundamento 5sico de la CDC con materiales metálicos y aceros. •  OA: Cuando forzamos el material, vuelve a su estado original. •  B: El material sufre. •  C: El material se recupera pero no vuelve a su estado original. •  Estudiaremos lo redondeado en rojo.

CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN Y CORTE: CONCEPTOS. Aporte a “Acritud”:

Aporte a “Recristalización”:

•  Puede ser deseable e indeseable. •  Tratamos de someter el material a unos esfuerzos para luego seguir con el recocido y volver a someterlo. El material sufrirá menos. •  Tantos recocidos com fenómenos de acritud.

•  La mayor temperatura de conformación en caliente es alcanzada a 0.5-‐0.75 la temperatura de fusión, TF del material. •  La menor temperatura de conformación en frío es alcanzada entre la temperatura de ambiente y 0.3 TF del material.

CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN Y CORTE: PROCESOS. Deformacióm volumétrica (en caliente o frío)

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Laminación. Forja. Extrusión. EsTrado y reﬁlado.

Deformación no volumétrica (de la chapa, en frío)

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Doblado. Curvado. EmbuTdo. Estampado. Cizallado. Troquelado.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL (Se utiliza la deformación plástica para cambiar la forma del metal) Procesos de deformación volumétrica: provocamos deformaciones significativas y cambios de forma. La relación área / volumen es pequeña (barras rectangulares, tochos cilíndricos)

Procesos de conformación de chapa: deformaciones realizadas en frío. La relación área / volumen es grande ( chapas, láminas, bobinas)

PROCESOS DE DEFORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL Procesos de deformación volumétrica: provocamos deformaciones significativas y cambios de forma. La relación área / volumen es pequeña (barras rectangulares, tochos cilíndricos)

Laminado: Deformación de una masa metálica haciéndola pasar entre dos cilindros que giran en sentido opuesto. (a)

Extrusión: Se fuerza el metal a fluir a través una abertura. (c)

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL Procesos de conformación de chapa: deformaciones realizadas en frío. La relación área / volumen es grande ( chapas, láminas, bobinas) Doblado: Deformación de una chapa para que adopte un ángulo. (a)

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL Procesos de conformación de chapa: deformaciones realizadas en frío. La relación área / volumen es grande ( chapas, láminas, bobinas) Embutido: Transformación de una lámina plana de metal en una forma hueca o cóncava mediante el estirado del metal. (b)

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL Procesos de conformación de chapa: deformaciones realizadas en frío. La relación área / volumen es grande ( chapas, láminas, bobinas) Corte: No es un proceso de forma pero suele ser el paso previo a los dos anteriores (corte por deformación). (c)

COMPORTAMIENTO DEL METAL EN EL FORMADO DE METALES En estos procesos de transformación el material se deforma plástica y permanentemente. Curva esfuerzo- deformación σ = Eε σ: Tensión ε: deformación E: módulo de Young

La mayoría de los metales cuando se deforman a temperatura ambiente (zona plástica), aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación. El esfuerzo requerido para continuar la deformación debe incrementarse para contrarrestar el incremento de la resistencia.

σ = Kєn

K: coeficiente de resistencia o de endurecimiento por deformación n: exponente de endurecimiento por deformación. (acero inox. = 0.4, aluminio = 0.2)

COMPORTAMIENTO DEL METAL EN EL FORMADO DE METALES Trabajo en frío: Ventajas

Desventajas

- Mejor precisión, tolerancias más estrechas.

- Posibilidad de incrustaciones e impurezas

- Mejor acabado de la superficie.

-  ACRITUD Limitación en la cantidad de deformación (endurecimiento por deformación)

-ACRITUD Aumento de dureza y resistencia (endurecimiento por deformación)

- Requieren las máquinas mayor potencia

- Posibilidad de obtener propiedades direccionales. (flujo de granos)

-Limitación de materiales al trabajar

- Ahorro de costos en instalaciones (hornos) y combustible. - Velocidades de producción alta -Acabado finales

COMPORTAMIENTO DEL METAL EN EL FORMADO DE METALES Efecto de la temperatura: la resistencia y el endurecimiento por deformación se reducen a altas temperaturas, incrementándose la ductilidad.

Ventajas

Desventajas

Se consiguen grandes deformaciones

Menor precisión dimensional

Menor esfuerzo para deformar el metal

Peor acabado superficial

No hay aumento de fortaleza (mejora de cara al posterior mecanizado).

Oxidación superficial

Resistencia isotrópica debido a la ausencia de estructura orientada de granos creada en el trabajo en frío

Necesidad de más energía

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 1. Laminación: Proceso de deformación, en el cual el espesor del material se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por rodillos opuestos que giran en sentido contrario. (Industria del acero)

Proceso: El trabajo empieza con un lingote de acero fundido y recién solidificado. Aún caliente, el lingote se coloca en un homo donde permanece por muchas horas, hasta alcanzar una temperatura uniforme en toda su extensión, para que pueda fluir consistentemente durante el laminado. El lingote recalentado pasa al tren de laminación, donde se lamina para convertirlo en una de las tres formas intermedias llamadas lupias, tochos o planchas. Estos elementos intermedios son laminados de nuevo para generar los elementos de la figura. (Posibilidad de proceso posterior de laminado en frío y procesos de conformación de chapa)

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIÓN Proceso en caliente (forja continua): Se realiza a temperaturas entre recristalización y fusión. (1160ºC aprox.) - No se produce acritud. -  Libre de tensiones -  Propiedades isotrópicas. - Pobre calidad dimensional y capa de óxido característica.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIÓN Proceso en frío: Se realiza a temperatura ambiente: - Los materiales adquieren acritud al deformarse. - Mayor resistencia. - Mejores tolerancias, control dimensional. -  Capa superficial libre de óxido. -  Se generan tensiones internas.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIÓN Comparativa de productos

Barra corrugada laminada en frìo (Ømin:3 mm. Ømàx: 14 mm. Lmax: 12 m.)

Chapa plana laminada en caliente Espesor: 2 - 10 mm. - long: 1,5 - 12 m.)

Barra corrugada laminada en caliente (Ømin:16 mm. Ømàx: 50 mm. Lmax: 12 m.)

Chapa plana laminada en frio Espesor: 0,25 - 6 mm. - long: 1,5 – 6 m.)

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIÓN Deformaciones producidas: (ver figura)

- Recalcado a la entrada (reacción de los cilindros sobre el material). - Deformación máxima (plano de laminación). - Dilatación a la salida (cesa la presión, recuperación elástica). - Aceleración por alargamiento (Vf > Vi).

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIĂ&#x201C;N Otras operaciones de laminado: - Laminado de anillos (llantas, collares para rodamientos de bolas y rodillos).

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIĂ&#x201C;N Otras operaciones de laminado: - Laminado de roscas (mejor comportamiento que mecanizadas).

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIÓN Otras operaciones de laminado: - Perforado de rodillos (fabricación de tubos sin costura).

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL LAMINACIÓN Otras operaciones de laminado: - Laminado de vigas.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 2. Forja: proceso que modifica la forma de los metales mediante deformación plástica producida por presión o impacto tras calentarlos a alta temperatura. - Obtener piezas acabadas (forma definitiva). - Obtener piezas de desbaste (forma aproximada, posterior mecanizado)

- Mejorar de las propiedades mecánicas de los materiales: afino del grano (golpes), orientación de la fibra (prensado), disminución de sopladuras (golpes fuertes y espaciados).

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL Ciclo térmico de la Forja 1- Calentamiento a la temperatura de forja: •  Evitar diferencias entre núcleo y periferia → dilataciones → tensiones internas → grietas. •  La temperatura mínima debe ser superior a la de recristalización evitando que al deformar, el material endurezca por acritud. •  Permanencia mínima en la zona de temperatura máxima para evitar crecimiento del grano, que el metal se queme o llegue a fundirse.

2- Trabajos de forja. 3- Enfriamiento del metal (al aire, aconsejable en hornos).

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL TIPOS DE FORJA : 1. Forja libre: - Se caracteriza porque la deformación del material no está limitada. - Se emplea si la cantidad de piezas a fabricar es pequeña o si su tamaño es muy grande (250 Tn). - Se utilizan prensas para las piezas grandes y martillos o prensas para las piezas más pequeñas.

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2. Forja por estampación: -  La fluencia del material queda limitada a la cavidad grabada en la estampa. El material caliente se coloca entre dos matrices que tienen huecos grabados con la forma de la pieza que se desea obtener y es sometido a golpes o presión, empleando martillos o prensas. El proceso de estampado termina cuando las dos matrices llegan a ponerse prácticamente en contacto. El metal excedente fluye entre las matrices formando rebabas que se eliminan en una operación final.

-  Las matrices se fabrican con bloques de acero especial (costes altos). - Se emplea cuando el número de piezas permita su amortización o cuando no sea posible obtener la geometría de las piezas por forja libre.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL Operaciones de forja: 1. Forja en dado abierto (recalcado): Conversi贸n de grandes lingotes en secciones redondas

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 2. Forja en dado cerrado (dado impresor): Requiere mecanizado posterior. Elementos de máquinas (Bielas, cigueñales)

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 3. Forja sin rebaba (dado cerrado real): Geometrías simples y materiales dúctiles (aluminio, magnesio). Forjado de precisión (acuñado).

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4. Recalcado y encabezado: Pieza cilíndrica disminuye su Ø y aumenta su longitud

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 5. Estampado y corte:

6. Doblado, curvado:

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 7. Punzonado y mandrinado:

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL 8. Torsi贸n:

9. Soldadura:

10. Forja por rotaci贸n:

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL

3. Extrusión: Proceso de conformado por compresión en el cual el metal es forzado a fluir a través de una abertura para darle forma a la sección transversal. (Industria del aluminio)

Tipos de extrusión: •

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Según configuración física: extrusión directa y extrusión inversa. Según temperatura de trabajo: en frío, en caliente. Según el proceso: continuo o discreto.

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1. Extrusión directa: Un tocho de metal se carga en un recipiente, y un pistón comprime el material forzándolo a fluir a través de una o más aberturas en un dado al extremo opuesto del recipiente. Al aproximarse el pistón al dado, una pequeña porción del tocho permanece y no puede forzarse a través de la abertura del dado. Esta porción extra llamada, tope o cabeza, se separa del producto, cortándola justamente después de la salida del dado. La gran fricción que existe entre la superficie del trabajo y la pared del recipiente ocasiona un incremento sustancial de la fuerza requerida en el pistón.

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2. Extrusión inversa: El dado está montado sobre el pistón, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente. Al penetrar el pistón fuerza al metal a fluir a través del dado en una dirección opuesta a la del pistón. Como el tocho no se mueve con respecto al recipiente, no hay fricción en las paredes del recipiente, la fuerza del pistón es menor que en la extrusión directa. Las limitaciones son impuestas por la menor rigidez del pistón hueco y la dificultad de sostener el producto extruído tal como sale del dado. El agarre del pistón se convierte en un problema a medida que la longitud del trabajo aumenta.

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3. Extrusión en frío (impacto): •

Materiales muy dúctiles (plomo, estaño, aluminio) y punzón potente por choque. •  Prensas de fricción de hasta 1.200 Tn. •  Punzones y matrices de aceros resistentes al choque, alta calidad. •  Entre sus ventajas están: - Mayor resistencia por endurecimiento. - Tolerancias más estrechas. - Mejores acabados superficiales. - Ausencia de capas de óxidos. -Altas velocidades de producción (3000 ud./h.). -Ahorro de energía al no necesitar calentar el tocho. •  Aplicaciones: tubos de paredes flexibles (pegamentos, pasta de dientes), vainas para condensadores y pilas.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL

4. Extrusión en caliente. •  •  •  •  •

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Geometrías más complejas y mayores reducciones de tamaño. Menos fuerza en el pistón. Mayor velocidad del proceso. Necesidad de lubricación. Prensas hidráulicas horizontales 500 a 12000 Tn., motores de 150 a 3000 Cv. Aplicaciones: perfiles para carpintería (puertas, ventanas), perfiles para la construcción.

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5. Proceso de extrusiรณn continua.

Defectos de la extrusiรณn:

6. Proceso de extrusiรณn discreta.

a. Reventado central: grieta interna resultado de las tensiones internas durante el proceso b. Tubificado: Hundimiento del extremo del tocho en extrusiรณn directa c. Agrietado superficial: resultado de velocidades altas y alta fricciรณn.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL

4. Estirado y trefilado: Operaci贸n donde la secci贸n transversal de una barra, varilla o alambre se reduce al tirar del material a trav茅s de un orificio calibrado.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL

Diferencias: •

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En la clase de material: Estirado → Barras de 4 a 6 m. y Ø > 10 mm, tubos. Trefilado → Redondos de Ø 5 a 8 mm. (alambres). En el objeto de la operación: Estirado → Adelgazar, endurecer, dar forma. Trefilado → Calibrar el material. En la realización de la operación: Estirado → una sola pasada. Trefilado → varias pasadas. En las aplicaciones: Estirado → Tubos y barras. Trefilado → Alambres conductores de cobre, muelles, cables trenzados, telas metálicas, agujas, radios bicicletas, ejes aparatos de medidas, filamentos lámparas.

PROCESOS DE FORMADO O TRANSFORMADO DEL METAL

Procesos de conformación de chapa:

Causas de su importancia e interés industrial:

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Se utiliza la deformación plástica para cambiar la forma del metal. Deformaciones realizadas en frío o también llamadas “no volumétricas”. La relación área / volumen es grande, se emplea como material base chapas, láminas, bobinas.

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Economía de piezas fabricadas. Uniformidad de las características mecánicas - obtenidas (ausencia de transformación térmica). Excelente acabado superficial. Alta productividad. Dato: 30% del acero laminado es para chapas y planchas = 30 millones de Tn/año.

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA Trabajo en frío: Es la deformación plástica por debajo de la temperatura de recristalización. (Tº ambiente o 30% de Tª de fusión).

- Hasta que un metal no sobrepase el límite elástico no existe deformación plástica. - Para que se consiga una deformación permanente, la deformación (unitaria) debe exceder de 0-X1 - Si la deformación (unitaria) excede de 0-X4, el metal se romperá. - Si la deformación (unitaria) ocurre entre 0-X4, aparece el fenómeno de recuperación elástica (X2 -X3)

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA En consecuencia, con respecto al trabajo en frío, hay dos factores de importancia primordial:

• El valor de la carga de fluencia (o límite elástico), que determina la fuerza necesaria para iniciar la deformación permanente. • La extensión de la zona de deformaciones unitarias comprendida entre O y X4, que revela el porcentaje de deformación plástica, o ductilidad, disponible: Metal para plegado, curvado, embutición:(?) Metal para cizallado y mecanizado:(?)

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA a) Cizallado: operación de corte en línea recta.

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA b) Troquelado: operación de corte generada por presionar el metal entre los bordes de un punzón y de una matriz (generalmente los filos tienen la forma de líneas curvas cerradas). - Punzonado: el trozo recortado es el desperdicio. El propósito es abrir huecos o agujeros de forma determinada. (el resto de la chapa constituye la pieza a producir) - Corte: el trozo de material que se extrae de la chapa, es la pieza a producir (con la forma externa de la pieza terminada, o como materia prima para otro proceso).

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA c) Doblado y curvado: Se define como la operación que causa el flujo plástico localizado del material sin provocar fracturas. Se realiza sin alterar el espesor del material, y con nulo o escaso cambio en el área de su superficie.

- En los dobleces sencillos, los dos problemas más importantes son: • Radio mínimo de doblado. • Retroceso o recuperación elástica.

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA La distribución de las deformaciones no es uniforme a lo largo del doblado:

Fibras interiores: grandes esfuerzos de compresión → aumento de la sección transversal (recalcado plástico). Fibras exteriores: elevados esfuerzos de tracción → adelgazamiento (mayor cuanto menor sea el radio de curvatura). El exterior del doblado, no es un arco de radio constante. Consecuencia: se deben acotar siempre los radios interiores, pues están controlados por la herramienta. La longitud de una fibra exterior, aumentará en una cantidad semejante a su alargamiento por tracción (e). Las fibras interiores se acortarán en una cantidad semejante a su contracción por compresión

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA Recuperación elástica Al retirar la carga se produce la denominada recuperación elástica, con alargamientos de las fibras que estaban contraídas y contracciones de las que estaban estiradas, aun estando en el rango plástico.

Determinación de los desarrollos. Se llama desarrollo de una pieza doblada, la forma o patrón que debe tener ésta, antes de ser sometida a la operación del doblado.

PROCESOS DE CONFORMACIร N DE CHAPA b) Embutido: Es la operaciรณn que transforma una chapa plana en un cuerpo hueco. Durante esta transformaciรณn el diรกmetro "D" de la chapa o disco se convierte en el diรกmetro "d" de la pieza hueca.