conformado por deformacion mecanica

Tema 7. Conformado por deformacin plstica

Mster en Ingeniera Industrial

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA

UNIVERSIDAD DE HUELVA

Tema 4: Conformado por deformacin plstica

1.- INTRODUCCIN

La deformacin plstica se produce por la formacin y movimiento de

dislocaciones mayor impedimento al deslizamiento Endurecimiento

Acritud: Capacidad del material de endurecerse en fro por deformacin

mecnica. Se pone de manifiesto en el ensayo de traccin

ndice Re0,2/Rm. Valores pequeos gran acritud, valores cercanos a 1 implicarn muy poca

acritud (material prefectamente plstico), o que rompe sin deformacin (material frgil)

El coeficiente n (coeficiente de acritud o endurecimiento por deformacin en fro)

n= 0, materiales elasto-plsticos perfectos

n= 1 materiales elasto- plsticos de endurecimiento lineal

CONFORMADO DEFORMACIN PLSTICA Tcnica por la cual a partir del lingote solificado se

obtiene las piezas finales. Es necesario que las

aleaciones de partida sean dctiles (depende de la

estructura)

1.- INTRODUCCIN


Curva continua: Curva de traccin Ingenieril

Zona deformacin elstica Deformaciones proporcionales (Ley Hooke) Deformaciones desaparecen con carga Mdulo de Young E = / = cte Lmite elstico (Re)

Zona deformacin plstica Deformacin permanente Deformacin movimiento dislocaciones Rm= Resistencia traccin

Curva discontinua: Curva de traccin real (seccin

instantnea)

Curva Traccin Ingenieril Curva Traccin real

= 100 ( 0)/0 =

0

=

0 =

=//0

= ( + 1)

1.- INTRODUCCIN


Coeficiente n: Si es despreciable el efecto de la velocidad de deformacin, la zona

plstica se ajusta al modelo de Ludwick

=

k , coeficiente de resistencia (constante del material)

n, Coeficiente de acritud o endurecimiento por deformacin en fro

Sus valores no superan 0,5-0,6, n= 0,3 aluminio, n= 0,5 para latn , n= 0,25 para acero dulce

n no indica el crecimiento de la acritud, el cual decrece con la deformacin (dado por la tangente a la

curva)

n coincide con el mximo alargamiento uniforme (producido antes de la estriccin)

Tomando escala logartmica puedo determinarlo: = + , conocido n puedo comparar la

acritud de dos materiales a partir del alargamiento mximo uniforme obtenido a partir de la curva de

traccin ingenieril

Coeficiente n y la estructura cristalina

El endurecimiento por deformacin es mayor en los cristales hexagonales

Para materiales CCC, n aumenta cuando la energa de defectos de apilamiento es baja

n (CCC+EDE baja) > n (CCC + EDE alta); n (inoxidables austeniticos, Au, Cu, latones ) > n (Aluminio)

2.- CLASIFICACIN PROCESOS DEFORMACIN


Procesos primarios: Los realizan los productores. Normalmente se

realizan en caliente: laminado en caliente productos semiacabados

Procesos secundarios: Realizados en la industria de transformacin:

embutido, forja, estampado productos acabados. Estos se clasifican

en funcin de la temperatura de trabajo (T), respecto a la de

recristalizacin (TR).

En fro (cold): T< TR T< 0,3 Tf (temperatura fusin, Kelvin)

En tibio (warm): T< TR 0,3 Tf < T< 0,5 Tf

En caliente (hot): T< TR T> 0,6 Tf

3.- HECHURADO EN FRO

ltima operacin que se realiza: Confiere resistencia, tolerancia

dimensional y acabado superficial

Condiciones a cumplir por el material Bajo lmite elstico (LE)

Elevado exponente de endurecimiento o acritud (n)

Deformacin plstica uniforme

Especificacin de la condicin de hechurado en fro

Normalmente se expresa por el porcentaje de reduccin de rea

% = % =0

0 100

%DF= Deformacin en fro, %RA= Reduccin de rea, A0 = rea inicial, AF =

rea final

En productos laminados se emplea reduccin espesor

% =0 0

100

t= espesor


3.1.- Especificaciones Hechurado en Fro

Dependiendo del material existe una especificacin de sta

condicin

Aceros: valor mnimo escala, dureza en estado de recocido,

valor mximo, dureza para un alto grado de deformacin


Aluminio: Se designa genricamente como H1x

La condicin totalmente dura corresponde %DF 75, y x=8, por lo que

se designa por H18

= Diferencia entre la propiedad totalmente dura (x=8) y la del estado

recocido (O)

El resto de estados se obtiene de la grfica nterior



Cobre y latones forjados: las designaciones se basan en el

incremento respecto a la condicin de recocida del n calibre

Browne & Sharpe (B&S)

Esta condicin est relacionadas con los grados de dureza

Rockwell F



Bandas de LDERS (rugosidad vermicular o stretcher strains)

Bandas en forma de zurcos paralelos en la superficie

Aparece a bajas deformaciones plsticas (malo acabado superficial)

Se produce por la existencia de un periodo de fluencia en el ensayo de

traccin (aceros dulces)

Se evita deformando fbrica por encima de la zona de fluencia, pero si se tarda

mucho en realizar el hechurado pueden volver a aparecer (envejecimiento por

deformacin)

Texturas de deformacin (cristalogrficas)

Se deben a la rotacin de los planos de deslizamiento durante la deformacin

Los alineamientos de los granos respecto al eje y al plano de deformacin

(determinado por rayos X), determinan la textura de deformacin

(cristalogrficas)

Las texturas se producen a altas deformaciones; Productos en barras transformados en hilos o cables textura de fibra

Lminas transformadas en hoja de chapa texturas de laminacin

Efecto negativo anisotropa Producen ojeras en proceso de embuticin (deformacin no uniforme)


3.2.- Inconvenientes Hechurado en Fro

Piel de naranja

Se producen a altos tamaos de grano (ASTM n1), y deformacin baja

Se produce por el ajuste de los granos deformados, manifestndose

macroscpicamente

Tensiones residuales

Son debidas a las deformaciones no homogneas producidas principalmente

por la friccin entre la matriz o herramienta de hechurado y el material.

Necesario que las tensiones residuales estn en equilibrio para evitar el

doblado de la chapa.

Influyen en la estabilidad dimensional y sobre todo en la vida a fatiga

Se eliminan Trmicamente Recocido alivio de tensiones

Mecnicamente Enderezado, introduciendo tensiones que compense las existentes


3.2.- Inconvenientes Hechurado en Fro

4.- HECHURADO EN CALIENTE

Deformacin plstica del material a temperaturas superiores a

la de recristalizacin. Se realizan en el rango 0,6- 0,7 TF

Es posible grandes deformaciones, haciendo posibles

grandes reducciones de rea y/o espesor en poco tiempo

Producen oxidacin y prdida de aleantes si no se trabaja

en atmsfera controlada En el acero produce descarburacin

Se habla de:

Recristalizacin esttica, Recristaliza sin estar sometido a cargas

Recristalizacin dinmica, Recristaliza mientras se deforma

La TR, varia con la velocidad de la deformacin ( ) El hechurado en caliente se produce a mayor temperatura cuanto

mayor es . Tomando como ejemplo el cobre A velocidades de deformaciones pequeas (Ensayo traccin) TR 400C

A velocidades de deformacin grandes (forja con martillo) TR 800C


Temperatura de Recristalizacin en funcin de

la velocidad de deformacin para el Cu


4.- HECHURADO EN CALIENTE

4.1 Ventajas Hechurado en Caliente


Elimina defectos de colada. Inhomogeneidades qumicas

(segregaciones), y las fsicas (poros)

En aceros se realiza a temperaturas austenizacin. La fase

presenta mayor n sistemas deslizamientos (mejor deformacin)

que .

Es posible grandes velocidades de deformacin

Fibra mecnica (mechanical fibering). Al deformar

mecnicamente se produce la rotura de inclusiones y poros en

trozos ms pequeos alineados en la direccin de deformacin Mejora las propiedades mecnicas en esa direccin

Se pierde anisotropa, pero se gana en propiedades mecnicas.

Las inclusiones ms beneficiosas son las frgiles


4.2 Inconvenientes Hechurado en Caliente

Oxidacin superficial (cascarilla). En los metales a altas

temperaturas se produce una capa de oxido (cascarilla). Se debe

eliminar con posterioridad

Descarburacin del acero. Las altas temperaturas favorecen la

difusin del C, que migra a la superficie y se combina con el Oxigeno,

desprendiendo CO2. Es necesario emplear un proceso de

carburacin para restituir el carbono perdido

Peores tolerancias dimensionales que en fro (por contracciones)

Agrietamiento en caliente. Se pueden producir grietas durante

deformacin por fusin fases

Quemado del acero. Los xidos formados pueden fundir y penetrar

formando inclusiones lquidas entre los granos. El acero se fragiliza


Bandeado del acero. Alineacin de los constituyentes en la

direccin de deformacin. No deseable : anisotropa, dificultad de

mecanizado y temple. Necesario tratamiento homogeneizacin,

previamente sometido a ligera deformacin

Crecimiento grano excesivo. Si no se controla de forma adecuada

la temperatura de trabajo aumenta el tamao de grano produciendo

unas peores propiedades mecnicas.

4.2 Inconvenientes Hechurado en Caliente

Producen la deformacin de todo el

volumen de la pieza. Son

Laminacin

Forjado

Extrusin

Trefilado

5.- DEFORMACIN VOLUMTRICA


Proceso de deformacin en el que la reduccin de espesor se

producen por fuerzas de compresin ejercidas por dos rodillos

opuestos

Alta inversin de capital para los trenes de laminacin

La mayora se realiza en caliente, por la alta deformacin requerida,

denominndose laminacin en caliente.

La fabricacin del acero representa la aplicacin ms comn de los

procesos de laminacin

El lingote de acero fundido recin solidificado, se introduce en un horno

hasta alcanzar una temperatura uniforme en toda su extensin que

asegura la fluidez durante la laminacin. La operacin de calentamiento

se denomina recalentado, y los hornos donde se realizan, se

denominan fosas de recalentamiento. La temperatura de laminacin

utilizada es de 1200C.

5.1.- Laminacin


El lingote recalentado se lleva al tren de laminacin, donde se

convierte en una de las siguientes formas intermedias

5.1.- Laminacin


5.1.- Laminacin


Tipos de laminado:

Laminado Plano: Utilizan productos planos cuya

seccin transversal tiene un ancho mayor que el

espesor: chapas y lminas

la reduccin de espesor (d) viene dada por:

= 0 0 = = ()

La mxima reduccin de espesor alcanzado depende

del coeficiente de friccin, y el radio del rodillo

= 2

= = ()

5.1.- Laminacin


Laminado de Perfiles: el material de trabajo se

deforma para generar un contorno en la seccin

transversal

Incluyen perfiles e construccin (en I, L, U); railes para

ferrocarriles, y barras redondas y cuadradas

Se realiza pasando el material de trabajo por rodillos

que tienen impreso el reverso de la forma deseada

El diseo de la secuencia de las formas intermedias y

los correspondientes rodillos se denomina diseo de

pases de laminacin

Existen varias configuraciones de laminadores, que

originan una gran variedad de aplicaciones

5.1.- Laminacin


Laminado de Anillos: lamina las paredes gruesas

de un anillo, para obtener anillos de paredes ms

delgadas pero de mayor dimetro

Se trabaja en caliente para aillos grandes y en fro

para pequeos

Incluyen ruedas de ferrocarril, recipientes a presin,

mquinas rotarorias..

5.1.- Laminacin


Laminado de Tubos perforados: Proceso

especializado de trabajo en caliente para hacer tubos

sin costuras de paredes gruesas

Proceso para produccin masiva de componentes con

roscas externas (tornillos, por ejemplo)

Se utilizan dos tipos de matrices

Matrices planas: que se mueven alternativamente entre s

Matrices redondas: giran relativamente entre s para lograr el

laminado

Laminado de Tubos perforados: Proceso

especializado de trabajo en caliente para

hacer tubos sin costuras de paredes gruesas

5.1.- Laminacin


5.2.- Forjado


La deformacin se produce entre dos matrices,

utilizando impacto o presin gradual para conformarla Se obtienen una gran cantidad de componentes de alta resistencia

para automviles, vehculos aeroespaciales y otros

Se usa para dar forma a grandes componentes que se terminan por

mecanizado

Se clasifican por el grado de restriccin de flujo de material a las

matrices en:

Forjado en matriz abierta

Forjado en matriz impresora

Forjado sin rebabas

5.2.- Forjado


Forjado; a) en matriz abierta, b) en matriz impresora, c) sin rebaba

5.2.- Forjado


Forjado en matriz abierta: se comprime una seccin cilndrica

entre dos matrices planas. Se reconoce como recalcado

En el recalcado ideal sin friccin, la deformacin es

homognea y el flujo radial del material es uniforme a lo

largo de toda la altura

En el recalcado real se produce un abultamiento en forma de

barril denominado abarrilamiento

5.2.- Forjado


Forjado en matriz de impresin: se realiza en matrices que tienen

la forma inversa de la requerida para la pieza

Al llegar la matriz a su posicin final, el material fluye en la

matriz, y forma una rebaba en el borde que favorece el llenado

completo de la matriz (por la friccin), obteniendo alta calidad de

acabado

Se requieren normalmente varios pasos de conformado, y la

presiones necesarias son superiores a las de matrices abiertas

Este tipo de forjado no tiene tolerancias estrechas por lo que es

necesario el mecanizado

5.2.- Forjado


Forjado sin rebaba: la pieza queda contenida completamente dentro

de la cavidad de la matriz durante la forja, no quedando rebaba

El volumen del material de trabajo debe igualar el volumen de la

cavidad de la matriz dentro de estrechas tolerancias

Se considera forjado de precisin

Las fuerzas utilizadas son del orden de las utilizadas en matrices de

impresin

El acuado es una aplicacin especial del forjado sin rebaba

5.3.- Extrusin


Es un proceso de conformado por compresin en el cual el

metal de trabajo es forzado a fluir a travs de la abertura de

un dado para darle forma a su seccin transversal

Ventajas:

Gran variedad de formas

Se mejora la estructura de grano y la resistencia mecnica

Tolerancias estrechas

Poco o ningn material desperdicio

Clasificaciones

Por su configuracin: Directa o indirecta

Temperatura de trabajo: fro, tibio o caliente

Por su ejecucin: discreta o continua

EXTRUSIN DIRECTA FRENTE A EXTRUSIN INDIRECTA

5.3.- Extrusin


La extrusin directa (tambin extrusin hacia adelante) se fuerza a fluir a travs de una o ms

aberturas de la matriz en el extremo opuesto del

recipiente. Al aproximarse el mbolo a la matriz,

una pequea parte del material queda en la

propia abertura de la matriz. Se denomina tope o

cabeza.

Un problema en la extrusin directa es la gran friccin que existe entre la superficie del trabajo y la pared del recipiente, que ocasiona un incremento sustancial de la

fuerza requerida en el mbolo para la extrusin directa.

En la extrusin en caliente este problema se agrava par la presencia de una capa de xido en la superficie del tocho que puede ocasionar defectos en los productos

extruidos.

Se corrige por la introduccin de una camisa entre el embolo y el tocho de material de dimetro inferior al tocho, de tal forma que en el cilindro queda un

anillo de material de trabajo (generalmente los xidos), dejando el producto

final libre de xidos

5.3.- Extrusin


Un El tocho inicial en la extrusin directa es generalmente circular, pero la forma final queda determinada por la abertura de la matriz. La extrusin directa hace

posible una infinita variedad de formas en la seccin transversal.

En La extrusin indirecta es tambin llamada extrusin hacia atrs y extrusin inversa.

La matriz est montada sobre el mbolo, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente.

5.3.- Extrusin


Al penetrar el mbolo fuerza al material de trabajo a fluir a travs de la matriz en una direccin opuesta a la del mbolo. Como el tocho no se mueve con respecto

al recipiente, no hay friccin con las paredes del recipiente. Por consiguiente, la

fuerza del mbolo es menor que en la extrusin directa.

Las limitaciones de la extrusin indirecta se deben a la menor rigidez del mbolo hueco y la dificultad de sostener el producto extruido tal como sale de

la matriz.

5.3.- Extrusin


EXTRUSIN EN FRIO FRENTE A EXTRUSIN EN CALIENTE

Depende del material de trabajo y de la magnitud de la deformacin. Los materiales tpicos de extrusin en caliente son

Aluminio, cobre, magnesio, zinc, estao y sus aleaciones. Esos mismos materiales se extruyen algunas veces en fro.

Las aleaciones de acero se extruyen usualmente en caliente, aunque los grados ms suaves y ms dctiles se extruyen algunas veces en fro (por

ejemplo, aceros de bajo carbono y aceros inoxidables).

El aluminio es probablemente el metal ideal para extrusin (en caliente o en fro), muchos productos comerciales de aluminio se hacen por este proceso

(por ejemplo, perfiles estructurales y marcos para puertas y ventanas).

La extrusin en caliente comprende el calentamiento previo del tocho a una temperatura por encima de su temperatura de recristalizacin. Esto reduce la

resistencia y aumenta la ductilidad del metal, permitiendo mayores reducciones de

tamao y el logro de formas ms complejas con este proceso.

La lubricacin es un aspecto crtico de la extrusin en caliente de ciertos metales (por ejemplo acero), y se han desarrollado lubricantes especiales que son

efectivos bajo las condiciones agresivas de la extrusin en caliente.

5.3.- Extrusin


EXTRUSIN EN FRIO FRENTE A EXTRUSIN EN CALIENTE En general, la extrusin en fro y la extrusin en tibio se usan para producir

piezas discretas, frecuentemente en forma terminada (o en forma casi terminada).

El trmino extrusin por impacto se usa para indicar una extrusin fra de alta velocidad

Algunas ventajas importantes de la extrusin en fro incluyen mayor resistencia debida al endurecimiento por deformacin, tolerancias estrechas, acabados

superficiales mejorados, ausencia de capas de xidos y altas velocidades de

produccin. La extrusin en fro a temperatura ambiente elimina tambin la

necesidad de calentar el tocho inicial.

PROCESO CONTINUO FRENTE A DISCRETO Proceso continuo es el que opera indefinidamente. Los procesos de extrusin

son, ms bien, semicontinuos. Las secciones obtenidas son largas y deben ser

cortadas a dimensiones de uso.

En operaciones discretas se hace una sola pieza por cada ciclo. Slo podemos incluir aqu la extrusin por impacto.

5.4.- Estirado y trefilado


Es una operacin donde la seccin transversal de una barra, varilla o

alambre se reduce al tirar del material a travs de la abertura de un matriz.

Las caractersticas generales del proceso son similar a la extrusin. Aunque la presencia de esfuerzos de traccin es obvia en el estirado, la compresin tambin

juega un papel importante ya que el metal se comprime al pasar a travs de la

abertura de la matriz. Por esta razn, la deformacin que ocurre en estirado se

llama algunas veces compresin indirecta.

Se usa el trmino estirado para barras, mientras que para alambres se llama trefilado. Los procesos de trabajo de lminas se denominan embuticin o

embuticin profunda.


La diferencia bsica entre el estirado de barras y el trefilado de alambre es el tamao del material que se procesa. El estirado de barras se refiere al material

de dimetro grande, mientras que el estirado de alambre se aplica al material

de dimetro pequeo.

El estirado de barras se realiza, generalmente, como una operacin de estirado simple. Debido a que el material inicial tiene un dimetro grande, su forma es ms

bien una pieza recta. Esto limita la longitud del trabajo puede procesarse y es

necesaria una operacin tipo lote.

Por el contrario, el alambre se trefila a partir de rollos de alambre que miden varios cientos (o miles) de metros de longitud y pasa a travs de una serie de

matrices de trefilado. El nmero de matrices vara entre cuatro y doce. Se

emplea tambin el trmino de estirado continuo (en ingls, continuous drawing).

El trabajo de estirado se caracteriza por la reduccin de rea (r) y la reduccin de dimetro (d):

=0

0; = 0




PRCTICA DEL ESTIRADO/TREFILADO

El estirado se realiza generalmente como una operacin de trabajo en fro. Se usa para producir secciones circulares, cuadradas y de otras formas.

El estirado de alambre es un proceso industrial importante que proporciona productos comerciales como cables y alambres elctricos; alambre para cercas;

varillas para producir clavos, tornillos, remaches, resortes y otros artculos de

ferretera.

El estirado de barras se usa para producir barras de metal para mecanizado y para otros procesos.

Las ventajas del estirado/trefilado en estas aplicaciones incluyen:

1) estrecho control dimensional, 2) buen acabado de la superficie,

3) propiedades mecnicas mejoradas, como resistencia y dureza,

4) adaptabilidad para produccin econmica en masa o en lotes.

Las velocidades de estirado son tan elevadas como 50 m/s para alambre muy fino.

En el caso del estirado de barras donde se produce material para mecanizado, la operacin mejora la maquinabilidad de las barras.



EQUIPOS DE ESTIRADO/TREFILADO

El estirado de barras se realiza en una mquina llamada banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor del dado (que contiene el dado de

estirado), la corredera y el armazn de salida.



EQUIPOS DE ESTIRADO/TREFILADO El trefilado de alambre se hace con mquinas de estirado continuas que tienen

mltiples matrices de trefilado separadas por tambores de acumulacin entre las

matrices.

.

Cada tambor, llamado cabrestante o molinete, es movido por un motor que provee la fuerza necesaria para que el alambre pase a travs de la matriz

correspondiente.

Tambin mantiene la tensin regular en el alambre que pasa a la siguiente matriz de trefilado en la serie. Cada matriz realiza una cierta reduccin, y as se

alcanza la reduccin total deseada en la serie.

Algunas veces se requiere un recocido del alambre entre los grupos de matrices de la serie, dependiendo del material que se procesa y de la reduccin total que

se realiza.

conformado por deformacion mecanica

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