Confromado de materiales

En la siguiente presentación se muestra información acerca de el proceso de conformado de materiales, embutido,troquelado etc.

1. Procesos conformados en frio y caliente

2. Procesos 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 . 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.

3. PROCESOS DE FORMACIÓN EN FRIO 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..

4. Efectos de trabajo en frío. 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.

5. 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.

6. 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.

7. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE DEFORMACIÓN EN FRÍO. Laminación Rechazado de metal Formado por estirado Estampado o forja en frío Embutido Otros métodos

8. Trabajo del metal en caliente 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.

9. Las características principales son: 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)

10. Las tecnologías de fabricación para el proceso de conformado en caliente son: Laminación Forja Extrusión Estirado Doblado Embutido

11. El trabajo en caliente tiene las ventajas siguientes: 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.

12. Desventajas 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.

13. Comportamiento del material en el formado de metales La curva esfuerzo-deformación ofrece una visión que permite comprender el comportamiento de los metales durante su formación. La curva típica de esfuerzo-deformación 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 = K є n K = Coeficiente de resistencia n = Es el exponente de endurecimiento por deformación

14. 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

15. 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

16. Descripción del formado de metales

17. 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 .

18. propiedades 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 .

19. clasificación de los procesos de conformado

20. 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.

21. 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.  

22. Partes de una troqueladora

23. Cálculo de la fuerza de troquelado ejercida por el 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.

24. 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.

25. 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. 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°.

26. 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 :

27. 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 . 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.

28. Fricción y lubricación en el formado de metales. 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 .

29. Proceso de deformación volumétrica en el trabajo de metales

30. El 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.

31. El 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 . 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.

32. La 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).

33. Tipos de extrusión 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.

34. Estirado de alambres y barras

35. Estirado de barras, varillas o alambres .

36. Características 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.

37. Materiales y aleaciones que se someten a 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.

38. Preparación del material Esto involucra tres pasos : Recocido Limpieza Afilado

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

40. Equipo de estirado

41. Estirado de barras 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

42. Estirado de alambres

43. Dados de estirado

44. Estirado de tubos 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.

45. Defectos del proceso Arrugas Desgarres Rasguños superficiales