Procesos de deformación volumétrica

Procesos de deformación
volumétrica
PROCESOS DE
MANUFACTURA 1
Ing. José Carlos López Arenales
¿Qué es un proceso de deformación
volumétrica?
Proceso mediante el cual se logra una
modificación de un material obteniendo un
producto terminado
Temperatura
Según la temperatura del proceso:

Trabajo en caliente

Trabajo en frío

Trabajo en tibio
Trabajo en caliente
El material es precalentado a temperatura
de trabajo, el nivel de temperatura depende
del tipo de material y del proceso que se
vaya a utilizar.
Trabajo en caliente
VENTAJAS:
• Los esfuerzos de fluencia son bajos.
• Requerimientos de potencia son bajos.
• La ductilidad del material es alta.
• Se pueden realizar grandes deformaciones.
Trabajo en caliente
DESVENTAJAS
 Se requiere mucha energía para el
calentamiento.
 La oxidación afecta el acabado
superficial.
 Variaciones de temperatura :
–
–
Tolerancias dimensionales altas
Propiedades menos definidas.
Trabajo en caliente
Formado no Isotérmico:
 La herramienta que es varias veces más fuerte que
el material, tiene tiempos de contacto cortos, esta
variación de temperatura afecta las capas
superficiales las piezas.
–
–
–
–
–
Retrasa la fluencia del materia
Limita el espesor mínimo
Se incrementa la presión en la matriz
Propiedades variables
Se produce fatiga térmica en la herramienta
Trabajo en caliente
Formado isotérmico:
• El tiempo de contacto ya no es problema
• Es difícil encontrar el material adecuado
para la herramienta
• El lubricante adecuado es más
complicado
Trabajo en caliente
Trabajo controlado en caliente:
•Se hace en forma no isotérmica
•Se usa para conseguir propiedades
deseables en los materiales.
Trabajo en frío
Trabajo realizado a “temperatura ambiente”.
Aunque normalmente la energía aplicada se
convierte en calor, llegando a temperaturas
entre 100 C y 200 C.
Normalmente se aplica después de un
proceso en caliente.
Trabajo en frío
VENTAJAS:
• Las propiedades de la pieza se controlan con
exactitud.
• Se puede obtener una resistencia elevada.
• Se obtienen dimensionalmente tolerancias más
cerradas.
• Mejor acabado superficial.
• La lubricación es más fácil.
Trabajo en frío
DESVENTAJAS:
• Los esfuerzos de fluencia son altos.
• Las presiones en la herramienta son altos.
• La ductilidad de los materiales es limitada.
• Se restringe la complejidad de formas que se
pueden producir.
Trabajo en tibio
Combina ventajas del trabajo en caliente y en
frío.
Las temperaturas de trabajo son bajas,
evitando la cascarilla – buen acabado
superficial.
Las temperaturas son suficiente altas para
reducir los esfuerzos de fluencia.
Propósito de la deformación
• Procesos primarios:
Destruir estructuras fundidas, está
conformado para sufrir pasos de
deformación posteriores.
• Procesos secundarios:
Procesos posteriores al primario y de
los cuales se obtienen los productos
terminados.
Procesos de estado estable
Trabajo en frío
• El material se somete a un
endurecimiento durante su
paso por la matriz.
• Permite el cálculo de un
valor de deformación medio
para todo el proceso.
Procesos de estado no estable


En procesos como la compresión, la geometría
de la pieza cambia constantemente.
El análisis debe repetirse para varios puntos en
el tiempo.
Forjado
Es una de las técnicas de manufactura
más importante.
Tipos:
• Forjado de matriz abierta
• Forjado por matriz de impresión
• Forjado por matriz cerrada
Forjado
Forjado



Las piezas fabricadas por el forjado de
matriz abierta no tienen tanta exactitud como
las piezas fabricadas en el sistema de
forjado de matriz cerrada o de impresión.
Las herramientas y equipo utilizado son
sencillos y de no mucho precio.
Permite una gran variedad de aplicaciones.
Forjado de matriz abierta
Recalcado:
 Consiste en una acumulación o condensación de materias en
una zona limitada de un producto acabado generalmente en
forma de palanquilla, barra redonda, o perfil poligonal. Como
se realiza por compresión axial se produce simultáneamente
un acortamiento.
Puede realizarse en frió o en caliente, siendo la primera la
forma más usada. La orientación de la fibra permite obtener
una mayor seguridad frente al cizallamiento que en otros
procesos de maquinado.
Los materiales más idóneos para este proceso son los aceros
pobres en carbono, así como el cobre, aluminio y sus
aleaciones. Incluso que pueden utilizar aceros aleados.
Recalcado





Recalcado sin fricción
Recalcado con fricción deslizante
Recalcado con fricción adherida
Recalcado con platinas sobresalientes
Forjado de pieza sobresaliente
Forjado de matriz abierta
• Debastado
• Bataneo
• Rebordeado
• Recalcado de anillos
• Punzonado
Debastado

Las compresiones individuales en forma
secuencial van reduciendo poco a poco la
altura de toda la longitud de la pieza de
trabajo.
Bateado

Se aplica cuando la pieza de trabajo tiene
secciones gruesas. Se utiliza herramienta
con superficies inclinadas y al momento de
presionar el material se corre hacia la
dirección del flujo del material.
Rebordeado

Similar al proceso de bateado, solo que aquí
se concentra el material en forma
perpendicular a la carga direccionándolo al
centro de las superficies inclinadas de la
matriz.
Punzonado

Las impresiones o
agujeros se hacen en
las piezas de trabajo
mediante este
proceso. El material
desplazado fluye en
sentido contrario al del
punzón.
Estampado


Usa más bien una impresión cerrada que
dados de cara abierta. La forja se produce
por presión o impacto, lo cual obliga al metal
caliente y flexible a llenar la forma de los
dados.
En esta operación existe un flujo drástico del
metal en los dados causado por los golpes
repetidos sobre el metal.
Estampado
Forja de matriz cerrada



La forja en matriz cerrada se utiliza mucho para
alta producción. En el proceso, el metal es
formado prensándose entre un por de dados.
El dado superior se fija generalmente al ariete
de una prensa de forja o a un martillo, mientras
que el inferior queda sujeto al yunque. Juntos
constituyen la matriz cerrada.
Las operaciones se dividen en un número de
pasos.
Forja de matriz cerrada


El método permite obtener piezas de gran
complejidad y exactitud, así como un buen
acabado.
Utilizada en la producción de piezas de peso
reducido, de precisión y en lotes de 1000 a
10000 unidades.
Forja de matriz cerrada
Forja
Características:

Elimina las bolsas de gas internas y otras
inclusiones de metal, que podrían causar fallas no
predecibles en piezas sometidos a esfuerzos o
impactos elevados.

Alta resistencia y tenacidad: Mediante la orientación
adecuada de las fibras del metal, la forja desarrolla
la máximo resistencia posible al impacta y a la
fatiga, dando a demás a la pieza la ductilidad
necesaria para resistir fallas baja impactos
inesperados.
Forja

Bondad de configuración: Muchas de las piezas
forjadas se pueden producir aproximadamente a la
configuración final estipulada, reduciéndose a un
mínimo la necesidad de un maquinado posterior.

Uniformidad de las piezas: Es posible obtener
piezas que exhiban una amplia gama de
propiedades físico mecánicas, dependiendo de los
materiales, aleaciones y tratamientos térmicos.
Forja


Ahorro de peso: La alta resistencia que puede ser
desarrollada en las piezas forjados por la adecuada
orientación del flujo de fibras, refinamiento de la
estructura cristalina y tratamiento térmico, permite
tener un peso más reducido que las piezas
fabricadas con otros procesos.
Economía: Se pueden producir piezas de
configuración geométrica muy complicada que en
otro caso tendrían que elaborar mediante el
ensamble de varias partes.
Extrusión


Este procedimiento nos permite obtener redondos,
tubos y perfiles de alta complejidad. Es de mucha
precisión, pero produce material de desecho. Se
lleva el material a estado plástico, pastoso, y se le
hace fluir a través de una boquilla que le otorga la
forma deseada.
La extrusión en caliente es un proceso que utiliza la
gran maleabilidad de los materiales previamente
calentados para formarlo.
Extrusión



Consiste en forzar al material (contenido en una
cámara de presión) mediante un émbolo a salir a
través de una matriz formadora especial, que
determina la sección transversal del producto.
Este emerge como una barra continua que se corte
a la longitud deseada.
Los metales que más comúnmente se someten a
extrusión son: El plomo, cobre, latón, bronce,
aleaciones de aluminio y magnesio.
Extrusión
1,100 – 1,250 ºC
750 – 925 ºC
320 – 450 ºC

Acero
Cobre
Aluminio

El acero es más difícil de extruir a causa de
su alta resistencia a la fluencia y su
tendencia a soldarse a las paredes de la
cámara de la matriz en las condiciones de
alta temperatura y presión requeridas.
Extrusión
a. Procesamiento directo.
b. Procesamiento inverso.
1. pieza bruta calentada
1. pieza bruta calentada
2. matriz
2. matriz
3. vástago
3. orificio del troquel
4. troquel
4. vástago
5. orificio de la matriz
5. salida del metal
Extrusión
Estirado



El material se deforma en compresiónjalando
el extremo deformado (compresión
indirecta).
En la aplicación de alambre también se
llama trefilado.
Los tubos sin costura también pueden ser
estirado, para cambiar de forma (redondo a
cuadrado).
Trefilado
Laminado


El proceso de deformación en el cual el metal
pasa entre dos rodillos y se comprime
mediante fuerzas de compresión ejercidas por
los rodillos. Los rodillos giran, para jalar el
material y simultáneamente apretarlo entre
ellos.
Un proceso estrechamente relacionado es el
laminado de perfiles, en el cual una sección
transversal cuadrada se transforma en un
perfil.
Laminado


Los metales laminados en caliente están
generalmente libres de esfuerzos residuales
y sus propiedades son isotrópicas.
Las desventajas del laminado en caliente
son que el producto no puede mantenerse
dentro de tolerancias adecuadas, y la
superficie presenta una capa de óxido
característica.
Laminado


La mayoría de los procesos de laminado
involucra una alta inversión de capital, ya
que se requiere equipos pesados
llamados molinos laminadores o de
laminación.
La mayoría de los productos laminados
se realizan en caliente debido a la gran
cantidad de deformación requerida.
Laminado

La temperatura de
laminación es de
alrededor 1,200 C
Laminado
Varias configuraciones de molinos de laminación: (a) dos rodillos, (b) tres
rodillos, (c) cuatro rodillos, (d) molino en conjunto y (e) molino de rodillos en tándem
Tipos de laminado

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Angular
En T
Doble T
En U
En Z
Rail
Redondo
Cuadrado
Hexagonal
Laminado de anillos
Laminado de anillos
El laminado de anillos es un proceso de deformación
que lamina las paredes gruesas de un anillo para
obtener anillos de paredes más delgadas, pero de un
diámetro mayor. Conforme el anillo de paredes gruesas
se comprime, el material se alarga, ocasionando que el
diámetro del anillo se agrande. El laminado de anillos
se aplica usualmente en procesos de trabajo en
caliente para anillos grandes y en procesos de trabajo
en frío para anillos pequeños.
Laminado de anillos



Las aplicaciones de laminado de anillos incluyen:
– collares para rodamientos de bolas y rodillos,
– llantas de acero para ruedas de ferrocarril y cinchos para
tubos,
– recipientes a presión
– Máquinas rotatorias.
Las paredes de los anillos no se limitan a secciones
rectangulares, el proceso permite la laminación de formas más
complejas.
Las ventajas del laminado de anillos sobre otros métodos para
fabricar las mismas partes son: el ahorro de materias primas, la
orientación ideal de los granos para la aplicación y el
endurecimiento a través del trabajo en frío.
Laminado de anillos
Laminado transversal
Laminado de cuerdas
 El laminado de cuerdas se usa para formar
cuerdas en partes cilíndricas, mediante su
laminación entre dos dados. Es el proceso
comercial más importante para producción
masiva de componentes con cuerdas
externas (pernos y tornillos, por ejemplo).
Laminado de cuerdas
Laminado de engranes

Laminado de engranes
–
–
Éste es un proceso de formado en frío que produce
ciertos engranes. La industria automotriz es un
importante usuario de estos productos.
Las características de deformación de los cilindros
o discos se orientan paralelamente a su eje (o a un
ángulo en el caso de engranes helicoidales) en
lugar de la espiral del laminado de cuerdas.
Laminado de engranes
Laminado transversal
Ventajas:
–
–
–
Altas velocidades de producción
Mejor resistencia a la fatiga
Menos desperdicio de material
Conclusiones



Se puede encontrar un proceso de deformación
volumétrica casi para cualquier pieza.
El trabajo en frío ofrece productos de resistencia
incrementada, tolerancias y acabado superficial
buenos.
En el trabajo en frío se obtiene menor ductilidad y
elevados esfuerzos de fluencia, presión de la matriz
y fuerzas de deformación mayores.
Conclusiones



El trabajo en caliente ofrece esfuerzos de fluencia
menores.
Consumo de energía extra, tolerancias y acabados
superficiales más burdos.
Las condiciones de trabajo: temperaturas elevadas,
herramientas altamente esforzadas, operación
rápida y vibración son un riesgo para los
trabajadores, es necesario que usen su EPP.
Adema s deben existir guardas y mecanismos de
seguridad apropiados.