0tema 12 Procesos Deformacion 2011

Tema 12.Tema 12.

Procesos de conformado de Procesos de conformado de

Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación

Procesos de conformado de Procesos de conformado de metales por deformación metales por deformación

plástica.plástica.

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Clasificación de los Procesos

•Procesos de deformación volumétricaDeformaciones significativas y cambios de forma

Relación entre área superficial y volumen de trabajo pequeña

Forja

Laminación

Extrusión

Herramienta: Matriz

Herramienta: Punzón + Matriz

Extrusión

Estirado y Trefilado

•Procesos de deformación y corte de láminasRelación entre área superficial y volumen de trabajo alta. Trabajo en frío.

Con separación de material: corte, punzonado

Sin separación de material: doblado, embutido


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Clasificación según esfuerzo aplicado y movimiento del materialmaterial


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Forja

Proceso de compresión usualmente en caliente, con grandes presiones para realizar piezas acabadas o preformas.

Presión: por impacto (martinete)

forma gradual o continua (prensa)

Efectos de la forja:Efectos de la forja:

- Elimina defectos internos (cavidades, poros…)

- Afina el grano, mejor disposición de las fibras

Puros: Al, Cu, Fe, Ti, Zn

Aleaciones de acero, de aluminio, de magnesio y de cobre

Materiales forjables:

Tolerancias usuales: desde IT 13 hasta IT 16Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación

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Forja

Forja libre: piezas únicas, grandes, o series pequeñas

Forja con estampa: preforma

En matriz abierta:

RebabaEn matriz cerrada:


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Recalcado

Acumulación de material en una zona del producto por compresión axial

Forja

Cabezas de tornillo, pernos, clavijas, esferas...

Ejemplo biela forjada


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Forja

Cálculo de las fuerzas de forjado

• Con estampa abierta (sobre pieza sólida cilíndrica)

)3

1(4

2

h

DDKF

µπ +=

K Tensión de fluencia

µ Coeficiente de fricción

D Diámetro de la pieza forjada

h Altura de la pieza forjadah Altura de la pieza forjada

• Con estampa cerrada

SKF fσ= σ Tensión de fluencia del material

S Superficie proyectada de la zona forjada

(incluyendo rebaba)

K Factor multiplicador obtenido experimentalmente

Formas Valores de K

Sencillas sin rebaba 3-5

Sencillas con rebaba 5-8

Complejas con rebaba 8-12


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Laminación

Proceso de compresión que reduce el espesor (o modifica la sección transversal) de una pieza mediante un juego de rodillos

Colada continua

o lingotes

• En frío o en caliente, Precisión IT 8 - IT 14

•Materiales laminables: los aceros, aluminio, cobre, magnesio, plomo, estaño, cinc y sus aleaciones


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Laminación

• Laminado plano, para la obtención de chapas, hasta 0.008 mm de espesor (papel Aluminio)

- Gran productividad

Carga de laminación S Tensión media en deformación plana

Tren de laminación

WhhRSASP f )( 0 −==S Tensión media en deformación plana

A Área sobre la que se aplica la carga

R Radio rodillo

Espesor inicial y final

W Ancho de la chapa

fhh ,0


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Laminación

• Laminado de forma, para la obtención de barras de sección cuadrada, redonda… , vigas, raíles y roscas

Etapas en una pieza de Etapas en una pieza de sección en H


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Extrusión

Proceso de compresión, mediante el cual el lingote es forzado a pasar por una matriz para producir un perfil macizo o hueco

- En frío o en caliente

- Lubricación con grafito, vidrio fundido

- Se puede obtener casi cualquier perfil transversal, pieza semiacabada

- Precisión alcanzable: � IT 9 a IT 12, algunos casos IT 6 - IT 8

- Grandes reducciones de sección, aleaciones más duras hasta 20:1, con aluminio se puede llegar a 1:100

- Prensas hidráulicas de extrusión con una fuerza desde 2000 Ton hasta 20.000 Ton

Materiales : Estaño, Zinc, Cobre, Latones, Aluminio y sus aleaciones, Aceros al carbono y aleados


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Extrusión

Tipos de extrusión:

• Directa

El material fluye en igual dirección y sentido que el émbolo

• Indirecta/invertida

El material fluye en sentido opuesto al émbolo


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Extrusión

• Mixta

el material fluye simultáneamente en y contra el sentido de movimiento del émbolo, genera rebordes

Clasificación según la velocidad:

- Extrusión por impacto: rápida, tubos con paredes finas

- Extrusión lenta: piezas con protuberancias laterales


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A= Bloque de acero

B= Núcleo de metal duro inserto en A

Proceso de tracción, que reduce la sección transversal de una barra/alambre al estirar del material a través de una matriz

Estirado: pequeñas reducciones de sección, mejora calidad superficial

Trefilado: Grandes reducciones de sección, en varias pasadas

B= Núcleo de metal duro inserto en A

C= Sección de entrada con ellubrificante

D= Cono de trefilado donde seproduce la deformación

EF= Cilindro de calibración

F

Materiales: Aceros, latones, cobre, aluminio, manganeso y sus aleaciones.

Piezas típicas: varillas, tubos, alambres, cables, muelles, clavos...Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación

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Tren de trefilado

(Hasta 90% de reducción de sección en pasadas sucesivas,

Matriz/Hilera

Operaciones

-Decapado: limpieza de escamas y óxido, por ataque químico

-Estirado/Trefilado: con lubrificantes de parafina o grafito

-Acabado: Enderezamiento y recocido de afino de grano o de eliminación de tensiones

en pasadas sucesivas, en alambres)


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0

1

l

lL

V

Wnσ=

igualando W=W1 y considerando que A0 .l0 = A1 .l1= V

• Esfuerzos en Trefilado


Trabajo real W1= F1.l1

tracción pura por def. homogénea

63,01

11

1

11 =

−=

−== r

rLdondede

rL nnσσσ

rL

l

lL

A

F

l

l

A

AAr

l

lLA

l

lL

l

VF

nn

nn

−===

−=−

===

1

1

1

0

11

1

1

1

0

0

10

0

11

0

1

11

σσσ

σσ

Max. Reducción en una pasada 63% (en la práctica 50%)Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación

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Conformación de chapa con separación de material

Cortede chapas, flejes o pletinas

Cizallas rotativas

Guillotina


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PunzonadoParámetros del proceso

- Forma y material del punzón y matriz

-Velocidad de punzonado

- Lubricación

- Holgura entre punzón y matriz

TepF σ=

p = perímetro del corte

e = espesor chapa

σt = Carga de rotura por cortadura

siendo σT = 3/4 a 4/5 de σr

σr = Carga de rotura por tracción

Se aplica coef. de rozamiento entre 1.1 y 1.2

Fuerza de punzonado


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Punzonado con matriz progresiva

Para piezas que requieren operaciones múltiples (punzonado, estampado,

muescas…)


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Conformación de chapa sin separación de material

Doblado

Fibras internas en compresión: acortamiento

Fibras externas en tracción: alargamiento

- La resistencia del material doblado en su punto más débil es menor que la original

- Recuperación elástica, resulta un ángulo de doblado menor que el propuesto

- La longitud de la pieza resulta modificada como consecuencia de la deformación.

- Pueden aparecer grietas

Fibra neutra

- Pueden aparecer grietas

- Existe un radio mínimo de doblado en función del espesor y material (tabulado)

•Determinación de la fibra neutra mediante probetas:


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Doblado X Espesor chapa e

e2

1 e ≤ 2

e7

3 2 < e < 4

e3

1 e > 4

•Valores prácticos de posición de la fibra neutra

rL

aeF σ5.2

3

2 2

=σr = Coef. rotura por tracción

del material

Fuerza doblado (sin incluir la fricción)

rL3


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Curvado/Redondeado

-Es un doblado progresivo de la chapa en sentido axial

-En general es necesario hacer un trabajo de estampado previo en los bordes de las entradas con el fin de que estas tengan la curvatura precisa

-Para curvar grandes tanques de almacenamiento, recipientes a presión, tubos...


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Rebordonado

Doblado continuo a lo largo de los bordes

Repujado

Genera piezas de revolución huecas, a partir de chapa plana, aplastándola contra un mandril con rodillo/herramienta

(Indicado para piezas de gran diámetro donde matriz-punzón de embutición son muy costosos)


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Embutición


Conformado en el que a partir de una chapa en forma de disco, se obtiene un cuerpo hueco

a) se coloca el disco de chapa sobre la matriz

b) desciende el punzón y pisador

c) el punzón embute la chapa convirtiéndola en un cuerpo hueco

d) retrocede el punzón y el pisador, y el extractor saca la pieza

Embutición profunda: con embuticiones sucesivas (ej. lata aluminio bebidas)


a b c d

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Embutición



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Bibliografía• Procesos de fabricación.

J.D. Zamanillo Cantolla, P. Rosado CastellanoSPUPV-170.

• Manufacturing Engineering and Technology.Kalpakjian, S. Ed. Prentice-Hall. 2000.

• Fundamentos de Manufactura moderna: Materiales Procesos y Sistemas. Groover, M. P. Ed. Prentice-Hall. 1997.

• Matrices, moldes y utillajes. Julián Camarero, Arturo Martínez. Ed. Dossat. 2003.

• Estampado en frío de la chapa. Mario Rossi. Ed. Dossat. 1979.


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