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Karina CollaguazoInforme N° 03
GR 0419/01/2015
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TECNOLOGÍA DE CONFORMADO
Tema: Conformado Mecánico.
Objetivos: Identificar el Conformado Mecánico.
Clasificar los procesos de Conformado Mecánico.
Marco Teórico: 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 es el resultado del uso de una herramienta que generalmente es un troquel para
formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal.
Por tanto, el metal se deforma para tomar la forma que determina la forma del troquel. En
general, se aplica el esfuerzo de compresión para deformar plásticamente el metal. Sin
embargo, algunos procesos de formado estiran el metal, mientras que otros lo doblan y
otros más lo cortan. Para formar exitosamente un metal, éste debe poseer ciertas
propiedades. Las propiedades convenientes para el formado son por lo general una baja
resistencia a la fluencia y alta ductilidad. Estas propiedades las afecta la temperatura. La
ductilidad se incrementa y la resistencia a la fluencia se reduce cuando aumenta la
temperatura de trabajo. El efecto de la temperatura da lugar a la siguiente clasificación:
Trabajo en frío: menor que la temperatura de recristalización y trabajo en caliente: arriba de
la temperatura de recristalización. La temperatura de recristalizacion es el límite que se
tiene en la división por temperatura.
La recristalización es la formación de granos libres de deformación. La temperatura de
recristalización es la menor temperatura a la cual se obtienen granos equiaxiales de menor
tamaño libre de esfuerzo interno en un material metálico que previamente ha sido
deformado en frío. La velocidad de formación y la fricción son factores adicionales que
afectan el desempeño del formado de metales. Los procesos del formado se pueden
clasificar en:
1) Procesos de deformación volumétrica y 2) Procesos de trabajo de láminas metálicas.
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Procesos de formado mecánico:
El formado de partes con la aplicación de fuerza mecánica, se considera uno de los
procesos de formación más importantes, en términos del valor de la producción y del
método de producción. El formado de partes se puede efectuar con el material frío
(formado en frío) o con material caliente (formado en caliente). Las fuerzas utilizadas para
formar las partes pueden ser de tipo de flexión, compresión o cizallado y tensión. Los
procesos de formado se pueden clasificar sobre la base de la forma en que se aplica la
fuerza.
El formado por doblado se efectúa al obligar al material a doblarse a lo largo de un eje.
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Formación de metales
Proceso de rollado
Trabajo de láminas metálicas
Deformación volumétrica
Proceso de extrusión.
Estirado de alambre y barra
Proceso de forjado
Operaciones de doblado.
Estirado en copa o en profundo.
Procesos de corte.
Procesos misceláneos.
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Entre los procesos por doblado están el doblez, pelado, corrugado y rechazado en alta
velocidad. El formado por cizallado (guillotinado) es en realidad, un proceso de separación
de material en el cual se hace pasar a presión una o dos cuchillas a través de una parte fija.
El cizallado también incluye procesos tales como punzado o perforación, estampado,
punzado con matrices y refinado. El formado por compresión se efectúa al obligar al
material, frío o caliente, a adecuarse a la configuración deseada con la ayuda de un dado, un
rodillo o un buzo o punzón. El formado por compresión, incluye procesos tales como forja,
extrusion, laminado y acuñado.
El formado por tensión se efectúa al estirar el material para que adopte la configuración
deseada. Incluye procesos tales como estirado, formado por trefilado y abocinado.
Procesos de deformación volumétrica.- Los procesos de deformación volumétrica se
caracterizan por deformaciones significativas y grandes cambios de forma, y la relación
entre el área superficial y el volumen de trabajo es relativamente pequeña. El término
volumétrico describe a las piezas de trabajo que tienen esta baja relación de área-volumen.
La forma del trabajo inicial para estos procesos incluye tochos cilíndricos y barras
rectangulares. Rolado.- Es un proceso de deformación por compresión en el cual el espesor
de una plancha o placa se reduce por medio de dos herramientas cilíndricas opuestas
llamadas rodillos. Los rodillos giran para estirar y realizar el trabajo dentro de la abertura
entre ellos y comprimirla.
Forjado.- En el forjado se comprime una pieza de trabajo entre dos troqueles opuestos, de
manera que la forma del troquel se imprima para obtener el trabajo requerido. El forjado es
un proceso tradicional de trabajo en caliente, pero muchos tipos de forjado se hacen
también en frío.
Extrusión.- Es un proceso de compresión en el cual se fuerza el metal de trabajo a fluir a
través de la abertura de un troquel para que tome la forma de la abertura de éste en su
sección transversal.
Estirado.- En este proceso de formado, el diámetro de un alambre o barra se reduce cuando
se tira del alambre a través de la abertura del troquel.
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Trabajo de láminas metálicas.- Los procesos de trabajo de láminas metálicas son
operaciones de formado o preformado de láminas, tiras y rollos de metal. La razón entre el
área superficial y el volumen del material inicial es alta; por lo que esta relación es un
medio útil. Para distinguir la deformación volumétrica de los procesos de láminas
metálicas. Prensado es el término que se aplica frecuentemente a las operaciones de láminas
metálicas, debido a que las máquinas utilizadas para desempeñar estas operaciones son
prensas (se usan también prensas de varios tipos en otros procesos de manufactura). La
pieza producida en una operación de laminado metálico se llama frecuentemente
estampado. Las operaciones de láminas metálicas se ejecutan siempre en frío y se utiliza un
juego de herramientas llamadas punzón y troquel. El punzón es la porción positiva y el
troquel es la porción negativa del juego de herramientas.
Doblado.- El doblado implica la deformación de una lámina metálica o placa para que
adopte un ángulo respecto a un eje recto, en la mayoría de los casos.
Estirado. En el trabajo de láminas metálicas, el estirado se refiere a la transformación de
una lámina plana de metal en una forma hueca o cóncava, como una copa, mediante el
estirado del metal. Se usa un sujetador para mantener fija la plantilla, mientras el punzón
empuja la lámina de metal, Para distinguir esta operación del estirado de barras y alambres,
se usan frecuentemente los términos estirado en copa o estirado profundo.
Corte.- Este proceso queda de alguna manera fuera de lugar en nuestra lista de procesos de
deformación, debido a que implica más el corte que el formado del metal. En esta
operación se corta la pieza usando un punzón y un troquel. Aunque éste no es un proceso de
formado, se incluye aquí debido a que es una operación necesaria y muy común en el
trabajo de láminas metálicas.
Los procesos misceláneos dentro de la clasificación del trabajo de láminas metálicas
incluye una de procesos de formado relacionados que no utilizan herramientas de prensado
y troquel. Como ejemplos de estos procesos se encuentran el formado recto, doblado
laminar, repujado y doblado de tubos.
Descripción de la Práctica:
1.- Procesos por compresión directa:
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Práctica de Forja.- El forjado es un proceso en el que la pieza se conforma mediante fuerzas
sucesivas de compresión, aplicadas a través de diversos dados o matrices y herramientas.
Como se puede observar en la Fig.1
Fig.1: (a) Cilindro solido comprimido entre dos dados planos. (b) Deformación uniforme
del material sin fricción. (c) Deformación con fricción. Fuente: Fundamentos de
manufactura moderna (tercera edición).
Para esta práctica se utilizó una prensa de tornillo, para colocar una matriz de forja con un
embolo (martillo) y una base (yunque). Como material se usó una placa de aluminio con un
grosor inicial de 3.2mm y ancho de 25.15mm. Se coloca el material en el centro de la
matriz perpendicular a la fuerza aplicada (fuerza de compresión directa), se baja el carro
móvil hasta que tope el martinete con el material y se toman tres deformaciones haciendo
girar 5,7 y 9 vueltas a la manivela de la prensa respetivamente, Podemos observar que el
ancho del material se mantuvo constante 25.15 mm.
Práctica de Laminación.- El laminado es el proceso de reducir el espesor de una pieza larga
mediante fuerzas de compresión aplicadas a través de un juego de rodillos como se puede
observar en la Fig.2
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Fig.2: Esquema de varios procesos de laminado plano y de forma. Fuente: American Iron
and Steel.
En esta práctica se utilizó una placa de aluminio de espesor inicial 3.2mm, un laminador
tipo DUO (para laboratorio) el cual consta de dos rodillos. Primer se comprueba que los
rodillos estén paralelos, se hace subir dos vueltas a los rodillos y posteriormente se toman
las deformaciones del material cada cuarto de vuelta hasta completar una vuelta. Mientras
se disminuye la distancia entre los rodillos, se necesita mayor fuerza para que el material
pueda pasar entre ellos. Ahora anotamos las deformaciones del material cada octavo de
vuelta hasta completar la segunda vuelta. Cuando falta un cuarto de vuelta es necesario
templar el material para que este no se rompa, así que se procede hacer un Revenido de
Cristalización; se mete al material en el horno con una temperatura de 480°C durante cinco
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minutos. Al finalizar los rodillos ya van a estar pegados, sin embargo el material logra
pasar porque este se comporta como un elástico.
2.- Procesos por compresión indirecta:
Práctica de Trefilado.- Es un proceso de compresión indirecta en el cual el material es
deformado al pasar por un dado de sección circular como efecto de la aplicación de una
fuerza externa de tracción haciendo que el material, generalmente de sección casi circular,
que también, generalmente viene de un proceso anterior de laminación y de un tipo especial
de forja (aguzado) el cual permite que un tramo atraviese el dado, reduzca cada vez más de
diámetro, este proceso es el que siguen todos los cables para su industrialización, es un
proceso que se lo realiza en frió. Como se puede observar en la Fig.3.
Fig.3: Trefilado
Fig.3: Trefilado o estirado
Para esta práctica se utilizó una matriz que sirve como soporte para el dado de trefilado, y
la mordaza que simulara a un rodillo; como material a deformar se utilizó un alambrón de
cobre de diámetro inicial 6.5mm. Previamente para el trefilado se realizó un afilado a un
extremo del alambrón, denominado agusado al material para que cierta parte de este pueda
pasar por el dado con el objetivo de que se pueda sujetar en la mordaza, (este
procedimiento se lo hace por forja).Se sujeta la parte agusada en la mordaza y se sube el
cabezal logrando que el material pase por el dado, una vez realizado este proceso se toma la
medición del diámetro final. El dado que utilizamos pose ciertas características tiene su
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Fi
Flujo de material
Di
Di
DoDi
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protección que es todo el material, el cono de entrada, el cono de trabajo, el cono de
calibración, y el cono de salida.
Práctica de extrusión.- La extrusión es un proceso de formado por compresión en el cual el
metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un troquel para darle forma a su
sección transversal. El proceso puede parecerse a apretar un tubo de pasta de dientes. La
extrusión se lleva a cabo de varias maneras. Una forma de clasificar las operaciones es
atendiendo a su configuración física; se distinguen dos tipos principales: extrusión directa y
extrusión indirecta.
Práctica de extrusión directa.- Un tocho de metal se carga en un recipiente, y un pisón
comprime el material forzándolo a fluir a través de una o más aberturas en un troquel al
extremo opuesto del recipiente. Al aproximarse el pisón al troquel, una pequeña porción del
tocho permanece y no puede forzarse a través de la abertura del troquel. Esta porción extra,
llamada tope o cabeza, se separa del producto, cortándola justamente después de la salida
el troquel. Como se observa en la Fig.4.
Fig.4: Extrusión directa. Fuente: Fundamentos de manufactura moderna (tercera edición)
Los materiales que se utilizó en esta práctica son: el embolo, el contenedor, la matriz el
troquel de extrusion directa que esta partido porque al deformar el material se expandirá, el
materia a expandir es un tocho de plomo que posee un diámetro inicial de 29.8mm que de
igual manera esta partido porque en su interior esta dibujado unas grillas así se podrá
observa por donde fluye con mayor rapidez y así determinar la deformación del material,
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este método es el más fácil y económico que existe. Se coloca el material en el contenedor,
sobre él se coloca un pistón, que sirve para evitar el desgaste o daño del embolo, ya que
nuestro material es el plomo por lo general se trabaja en caliente, al calentarse el embolo se
puede deformar, ya que resulta más fácil cambiar el pistón que va entre el material y el
embolo que cambiar el embolo. Sobre el material se coloca el contenedor en la matriz, se
baja el cabezal presionando el material, el cabezal se baja de tal forma que lo obligue al
material a pasar por el dado, con ayuda de un espejo observamos que es lo que pasa con el
pistón al momento que pasa por el dado.
El material fluye en la misma dirección de la Fuerza, recorre por el contenedor y el dado se
mantiene fijo, hay una parte del material que fluye con mayor velocidad, es por eso que los
puntos se empiezan a abrir, para retirar al material del contenedor hay que sacar el dado
para no tener obstáculo. Posteriormente se mide la deformación de una grilla referencial, y
el diámetro deformado.
Práctica de Extrusion inversa.- En la extrusión indirecta, el troquel está montado sobre el
pisón, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente. Al penetrar el pisón en el
trabajo, fuerza al metal a fluir a través del claro en una dirección opuesta a la del pisón.
Como el tocho no se mueve respecto al recipiente, no hay fricción en las paredes del
recipiente. Por consiguiente, la fuerza del pisón es menor que en la extrusión directa. Las
limitaciones de la extrusión en directo se deben a la menor rigidez del pisón hueco y a la
dificultad de sostener el producto extruido tal como sale del troquel. Se observa en la Fig.5.
Fig.5: Extrusión indirecta para producir a) una sección transversal sólida y b) una sección
transversal hueca. Fuente: Fundamentos de manufactura moderna (tercera edición)
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Se tiene un embolo hueco por donde fluirá el material, el contenedor y en la parte de abajo
una placa de sujeción, que sostiene el material hasta que se ejerce la fuerza, se coloca el
material que es un tocho de plomo con un diámetro inicial 29.8mm, tenemos un dado de
extrusión que posee una forma de cruz el cual tiene dos secciones, se coloca la parte más
ancha arriba y abajo la más pequeña. Se lleva el dado de extrusion hasta el material, y
procedemos a extruirle 10mm de 8.5 a 9.5, se quita la placa de sujeción se observa que el
material no se cayó porque este se expandió retiramos el material y observamos que este
tiene la forma del dado utilizado.
Tabla de datos obtenidos:
Tabla1. Datos obtenidos en la práctica de forja
Medidas de la placa de aluminio
Espesor inicial(mm) Ancho(mm)
3.2 25.15
Numero de vueltas Medida de compresión (mm)
5 2.85
7 2.6
9 2.35
Tabla2. Datos obtenidos en la práctica de laminación
Medidas de la placa de aluminio
Espesor inicial(mm) Ancho(mm)
3.2 25.15
10
Numero de vueltas del rodillo Medida de compresión (mm)
¼ 2.85
½ 2.45
¾ 2.15
1 1.75
9/8 1.60
5/4 1.30
11/8 1.15
3/2 0.95
13/8 0.75
7/4 0.55
15/8 0.4
2 0.3
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Tabla3. Datos obtenidos en la práctica de trefilado
Medidas del alambrón de cobre (mm) Medidas del dado (mm)
Diámetro inicial 6.5 Diámetro del cono de salida 6
Diámetro final 6.05
Tabla4. Datos obtenidos en la práctica de extrusion directa
Medidas del tocho de plomo Medidas de las grillas
Diámetro inicial (mm) 29.8 Grillas iniciales (mm) 5x5
Diámetro 1 (mm) 30.95 Grillas finales (mm) 4.45x10.25
Diámetro 2 (mm) 21.85
Tabla5. Datos obtenidos en la práctica de extrusión inversa
Diámetro inicial (mm) 29.8
Diámetro final (mm) 30.95
Tabla de datos calculados:
Tabla.6 Porcentaje de recuperación elástica
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Trefilado
Porcentaje de recuperación elástica 0.826 %
Tabla.7 Área de la figura obtenida en la práctica de extrusion inversa
Medida del radio mayor (mm) 11.075
Medida del radio menor (mm) 3.1
Área de un ovalo (mm)2 107.859
Área total de la figura (mm)2 215.72
Análisis de datos calculados:
El valor del porcentaje de recuperación elástica del alambrón de cobre se calcula con una
regla de tres simple, sabiendo que 6.05mm equivale al 100% cuanto equivaldrán 0.05mm
este cálculo nos da un resulta de 0.826%; siendo este porcentaje la recuperación elástica de
la medida real.
Para hallar el área de la forma del dado utilizado en la práctica de extrusión inversa se
necesitó medir el largo y ancho de uno de sus brazos, luego dividiendo dicha medida para
dos se obtienen los radios mayor y menor de un ovalo; procedemos hallar el área de un
ovalo que es igual a r1 x r2 x π y a la medida hallada se multiplica para dos así se obtuvo el
área deseada.
Conclusiones:
Existen varios tipos de formado mecánico, los cuales trabajan de diferente manera, a
diferentes velocidades y temperaturas dando resultados propios de cada uno.
La deformación, es uno de los procesos por el cual se somete el metal para obtener la forma
requiera pasando por diferentes procesos, la cual establece que tan resistente puede ser.
El caso más simple de forjado es cuando el metal es comprimido entre martillo y un yunque
y la forma final se obtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre golpe y golpe.
La mayoría del laminado se realiza en caliente debido a la gran cantidad de deformación
requerida. Los metales laminados en caliente están generalmente libres de esfuerzos
residuales y sus propiedades son isotrópicas.
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Hay dos tipos de extrusión, extrusión directa y extrusión indirecta o invertida. En el primer
caso, el émbolo y el dado están en los extremos opuestos del cilindro y el material es
empujado contra y a través del dado. En la extrusión indirecta el dado es sujetado en el
extremo de un émbolo hueco y es forzado contra el cilindro, de manera que el metal es
extruido hacia atrás, a través del dado.
Recomendaciones:
En la práctica de laminación se recomienda procurar que el material ingrese lo más
perpendicular posible al émbolo y a la maquina laminadora porque puede causar variación
en el ancho del material.
Es recomendable hacer pocas pasadas del material entre los rodillos porque al realizar
demasiadas pasadas ocasiona un endurecimiento excesivo en el material por lo que podría
volverse frágil y en un momento llegar a romperse.
Es necesario tomar las medidas iniciales de los materiales a deformar; para así comparar
con sus medidas finales y darse una idea de cómo varió dichas medidas. Tomando en
consideración que no todas sus medidas varían es así como en la práctica de forja y
laminado el ancho del material se mantuvo constante.
Bibliografía:
http://conformadomecanicodepiezas.weebly.com: weebly, 2012/03/10
http://html.rincondelvago.com/procesos-de-formado-mecanico.html: Jonatán Véliz
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-fabricacion/3-2-formado-
mecanico-forjado-prensado-estirado-cizallado-doblado-extrusion-embutido-y-troquelado/:
anónimo; 2014/09/11
GROVER, P Mikell: (1972); Fundamentos de manufactura moderna (tercera edición);
Editor: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.
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