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PROCESOS DE CONFORMADO DE METALES
ING. CARLOS RODELO APROCESOS II
PROCESOS DE CONFORMADO (I)
CONFORMADO CON CONSERVACION DE MASA
Los procesos de CONFORMADO PLÁSTICO son aquellos en los que la forma final de la pieza de trabajo se obtiene por deformación de la pieza de partida, sin eliminación o aportación de material.
Los procesos de CONFORMADO PLÁSTICO DE METALES, son todos aquellos procesos demanufactura donde se busca generar formas a metales, de tal manera que su volumen ymasa se conservan, y en los cuales las partículas son desplazadas de una posición al otra.
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PROCESOS DE CONFORMADO (II)
La deformación resulta del uso de una herramienta que usualmentees un DADO (TROQUEL)para formar metales, el cual aplica esfuerzosque exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por tanto, elmetal se deforma para tornar la forma que determina la geometríadel dado.
Para formar exitosamente un metal éste debe poseer ciertas propiedades. Las propiedades convenientes para el formado son:
1. Baja resistencia a la fluencia
2. 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.
PROCESOS DE CONFORMADO (III)
El material metálico sólido, presenta una estructura interna uniforme, de granos más o menos grandes. El EFECTO PRINCIPAL del conformado plástico es
DEFORMAR EL GRANO hasta adaptarlo a la forma exterior deseada.
Los granos y las fibras del material conformado se encuentran adaptados a la forma de las aristas, por lo que los GRANOSSOPORTARÁN UN ESFUERZO MUCHO MEJOR, a como lo haría un grano “no conformado” que se obtiene en el mecanizado.
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CURVA ESFUERZO – DEFORMACIÓN (I)
ZONA ELÁSTICA: dependencia linealentre tensión y deformación (móduloelástico – Young).
ZONA PLÁSTICA: pérdida de
la dependencia lineal (régimenplástico). Al cesar la carga el materialno regresa por la misma línea.
ZONA de ROTURA: comienza la roturade las uniones del material. Aparecenlas grietas y luego se produce lafractura.
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CURVA ESFUERZO – DEFORMACIÓN (II)
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CURVA ESFUERZO – DEFORMACIÓN (III)
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Resistencia a la Fluencia
Máxima carga que un materialmetálico soporta antes de deformarsepermanentemente.
Ductilidad
Capacidad que tiene un metal dedeformarse sin romperse (dejarsetransformar en alambres o hilos). Suvalor se cuantifica en el % dealargamiento y en el % de reducciónde área.
Estas propiedades son f(T): cuando latemperatura aumenta, el límite de
fluencia disminuye mientras que laductilidad aumenta.
OJO: Bajo límite de fluencia y unaalta ductilidad.
CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CONFORMADO (I)
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Se caracterizan pordeformaciones significativas ycambios de forma. La relaciónentre el área superficial y elvolumen de trabajo esrelativamente pequeña.
Se caracterizan por el formadode laminas, tiras y rollos de metal.La relación entre el áreasuperficial y el volumen delmaterial inicial es alta.
CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CONFORMADO (II)
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Trabajo en frio: T amb. O ligeramente arriba de esta(Hasta 0.3 Tfus.).Trabajo en Tibio: 0.3 – 0.5 Tfus.Trabajo en Caliente: Entre 0.5 Tfus. – 0.75 Tfus.(Tfus: Temperatura de Fusión del material.)
Clasificación de los Procesos de Conformado Plástico:
La deformación plástica puede realizarse en CALIENTE o en FRÍO, dependiendo de laductilidad del material y de la potencia del equipo empleado.
DEFORMACIÓN EN CALIENTE:
• En general se realiza a Tª superior al 85% de la Tª de fusión.
• Entre etapas de deformación el material se ablanda, se recupera y se recristaliza.
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Clasificación de los Procesos de Conformado Plástico:
DEFORMACIÓN EN FRÍO:
• Se emplea en materiales muy dúctiles en frío.
• Los granos se orientan según el sentido de deformación
• Eleva la dureza y resistencia a la tracción del material.
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PROCESOS DE DEFORMACIÓN VOLUMETRICA
Laminado: Es un proceso de deformación por compresión en el cual el espesor de una plancha o placa se reduce por medio de rodillos.
Forjado: Consiste en la compresión de una pieza entre dos dados opuestos, de manera que la forma quede impresa. El forjado se puede hacer también en frío.
Extrusión: Es un proceso de compresión en el cual se fuerza el metal a fluir a través de la abertura de un dado tomando la forma del orificio en su sección transversal.
Estirado: El diámetro de un alambre o barra se reduce cuando se tira de este a través de la abertura de un dado.
EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN.
El efecto de la temperatura da lugara la siguiente clasificación:
TRABAJO EN FRÍO
TRABAJO EN TIBIO trabajo encaliente por debajo de latemperatura de recristalización
TRABAJO EN CALIENTE arriba de latemperatura de recristalización.
OJO: Recristalización es la formaciónde granos libres de deformación.
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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN (II).
TRABAJO EN CALIENTELas 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 )
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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN (III).
El trabajo en caliente tiene las ventajas siguientes:
La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayoría de loslingotes fundidos contienen muchas pequeñas sopladuras. Estas son prensadas ya la vez eliminadas por la alta presión de trabajo.
Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a través delmetal.
Los granos gruesos o prismáticos son refinados. Dado que este trabajo está en elrango recristalino, seria mantenido hasta que el límite inferior es alcanzado paraque proporcione una estructura de grano fino.
Las propiedades físicas generalmente se mejoran, principalmente debido alrefinamiento 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 estadoplástico es mucho menor que la requerida cuando el acero está frío.
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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN (IV).
Desventajas:
Debido a la alta temperatura del metal existe unarápida oxidación o escamado de la superficie conacompañamiento de un pobre acabado superficial.Como resultado del escamado no puedenmantenerse tolerancias cerradas. El equipo paratrabajo en caliente y los costos de mantenimientoson altos, pero el proceso es económico comparadocon el trabajo de metales a bajas temperaturas.
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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN (V).
TRABAJO EN FRIO Ventajas:
Proporciona mejor precisión (tolerancias mas pequeñas o estrechas)
Mejor acabado superficial
El endurecimiento por deformación aumenta la resistencia y dureza de la pieza
El flujo de granos durante la deformación brinda la oportunidad de obtener propiedades direccionales convenientes en el producto resultante.
Al no requerir calentamiento del trabajo, se ahorran costos del horno y combustible.
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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN (VI).
TRABAJO EN FRIO
Desventajas:
Se requiere mayores potencias y fuerzas para desempeñar lasoperaciones
Se debe tener cuidado para asegurar que las superficies detrabajo inicial estén libres de incrustaciones y suciedad.
La ductilidad y el endurecimiento por deformación del metal detrabajo limitan la cantidad de formado que se puede hacer en lapieza. Algunas veces se necesita un proceso de recocido.
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EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA DEFORMACIÓN (VII).
Cuando el metal se deforma en frío aumenta su resistencia debidoal endurecimiento por deformación, pero si el metal se deforma auna temperatura lo suficientemente elevada (por arriba del puntode recristalización) no ocurre el endurecimiento por deformación,en su lugar se forman nuevos granos libres de deformación, estatemperatura es aproximadamente al 50% de la temperatura defusión del metal, llamándose temperatura de recristalización y serequiere aproximadamente una hora para la formación de nuevosgranos.
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