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Resumen Tema 9 - Todo lo esencial
Procesos de Fabricación (2150023)
Universidad de Sevilla
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Tema 9: Procesos de conformado por
deformación plástica.
1. Introducción.
En los metales y aleaciones, el movimiento de las dislocaciones es el mecanismo principal por el que tiene lugar la deformación plástica. Si se dificulta el movimiento de las dislocaciones se produce un endurecimiento del material.
La acritud es la capacidad del material a endurecerse en frío por deformación plástica. Una medida de la acritud es el índice:
흈풚
흈푹
Otra medida de la acritud es el coeficiente n:
- Si el material es poco sensible a la velocidad de deformación, la curva real de tensiones-deformaciones se ajusta bastante al modelo de Ludwick, en la zona de deformación plástica uniforme. Según este modelo:
휎 = 푘 · 휖푛
Siendo k y n dos constantes para cada material metálico: - n es el coeficiente de acritud o de endurecimiento por deformación en frío. - k es el coeficiente de resistencia.
- En general, n=0, para materiales elasto-plásticos perfectos y n=1, para materiales elasto-plásticos de endurecimiento lineal.
- El valor de “n” no suele ser mayor a 0,5-0,6. Por ejemplo, n=0 para el acero dulce, n=0,3 para el aluminio y n=0,5 para el latón α.
Tensión de fluencia instantánea y media.
La curva tensión-deformación nos va a permitir conocer la tensión de fluencia del material, fuerza y potencia requerida para realizar las operaciones de conformado.
La tensión de fluencia (σy) se define como la tensión requerida para continuar la deformación plástica del material o mantener “fluyendo” el material. Se expresa como.
휎푦= 푘 · 휀푛
La tensión de fluencia media se obtendrá integrando la curva tensión- deformación.
휎̅̅푦̅=
푘 · 휀푛
1 + 푛
En las operaciones de conformado plástico, algunos procesos se calcularán por la tensión de fluencia instantánea y otros por la tensión de fluencia media.
La curva tensión-deformación solamente es válida para operaciones de trabajo en frío, debido a que los valores de k y n dependen de la temperatura de trabajo. En general, al subir la temperatura disminuye el endurecimiento por deformación, es decir, se pueden realizar con menor fuerza y potencia.
La restauración es el reordenamiento de las dislocaciones. Las propiedades mecánicas no se alteran, hay eliminación de tensiones internas y recuperación de las propiedades físicas.
La recristalización es el proceso por el cual un material, previamente deformado plásticamente en frío, regenera su microestructura formando nuevos granos, por acción del calor.
El crecimiento de grano, aumenta el tamaño de grano, y las propiedades mecánicas vuelven a el estado previo a la deformación.
5. Forja.
5. Principios.
Es un proceso de deformación en el que el material de trabajo se comprime entre dos matrices, empleando un impacto o presión gradual para conformar la pieza. Es un importante proceso industrial mediante el cual se hacen una variedad de componentes de alta resistencia para automóviles, vehículos aeroespaciales y otras aplicaciones. Además, se emplea para dar la forma inicial de grandes componentes de alta resistencia que luego son mecanizados para lograr su forma y dimensiones finales.
La mayoría de las operaciones de forja se realizan en tibio o en caliente. Así, se disminuye la resistencia que opone le material y aumenta la ductilidad, siendo más fácil abordar grandes deformaciones plásticas. También se realiza en frío, se incrementa la resistencia por endurecimiento por deformación plástica “en frío”.
5. Tipos de forja.
5.2. Forja manual.
5.2. Forja libre.
5.2. Forja con estampas.
6. Laminación.
6. Principios del laminado plano.
Abarca el laminado productos planos, en cuya sección transversal tiene un
ancho mayor que el espesor: planchas y láminas.
Reducción de espesor d: 푑 = ℎ 0 − ℎ푓. Donde h es el espesor, inicial y final.
Algunas veces, también se expresa en relación al espesor inicial como una fracción del mismo, denominado reducción (r):
푟 =
푑
ℎ 0
Además de reducir el espesor, a veces se produce un ensanchamiento, que tiende a ser mayor con bajas relaciones entre el ancho y el espesor, así como bajos coeficientes de fricción.
En la deformación plástica, se conserva el volumen: ℎ 0 푤 0 퐿 0 = ℎ푓푤푓퐿푓
6. Laminador en frío.
Disposición constructiva de un laminador. En la medida que el espesor final es más pequeño, el rodillo debe tener un diámetro más pequeño, por lo que para hacerlo más rígido, se recurre a este sistema de rodillos que lo apoyan y rigidizan.
6. Laminación de perfiles.
6. Laminación de roscas.
Se usa para formar roscas en piezas cilíndricas mediante su laminación entre dos matrices. Es el proceso comercial más importante para producción masiva de componentes con roscas externas.
Estas máquinas están equipadas con matrices especiales que determinan el tamaño y forma de la rosca. Las matrices son o bien planas, que se mueven alternativamente entre sí, o bien, matrices redondas, que giran relativamente entre sí para lograr la acción de laminado.
6. Laminación de ruedas dentadas.
Es un proceso de conformado en frío que produce ruedas dentadas en la industria del automóvil, entre otros.
La instalación para el laminado de ruedas dentadas es similar al laminado de roscas, excepto que las características de deformación de los cilindros o discos se orientan paralelamente a su eje, en lugar de fileteado espiral del laminado de roscas.
6. Laminado de tubo perforado.
Es un proceso especializado de trabajo en caliente para hacer tubos sin costura de paredes gruesas.
7. Extrusión.
Se denomina relación de extrusión:
푟푥=
퐴 0
퐴푓
A0=área de la sección transversal del tocho inicial.
Af=área final de la sección recta de la pieza extruida.
7. Extrusión directa.
En este caso el metal extruido fluye en la misma dirección que el pistón. Se considera entonces que el lingote se desplaza con respecto a la cámara de compresión durante el proceso.
9. Operaciones de corte.
El corte de lámina se realiza por acción de cizalladura o cortante entre dos bordes afilados de corte. El borde cizallado tiene una forma característica, donde se distinguen varias zonas:
Hay tres operaciones principales:
El cizallado es la operación de corte de una lámina o chapa de metal a lo largo de una línea recta entre dos filos de corte. El cizallado se usa típicamente para reducir grandes láminas a formas más pequeñas para posteriores operaciones. La cuchilla está frecuentemente sesgada para reducir la fuerza de corte, a lo largo de la chapa, de modo que el corte sea progresivo.
El troquelado consiste en el corte de una lámina a lo largo de una línea cerrada en un solo paso, para separar la pieza del material circundante.
El punzonado es muy similar al troquelado, excepto que la forma que se corta es la que se desecha. El material que queda es la pieza deseada.
9. Cálculos en el corte por cizallado.
- Fuerza en el cizallado:
❖ Corte con cuchillas paralelas:
퐹 = 푆 · 휎푐= 푎 · 푠 · 휎푐
Donde S= Sección a cortar; σc= resistencia a cortadura (MPa); a= longitud del filo de corte y s= espesor del material.
❖ Corte con cuchillas oblicuas: 퐹 = 0,25 · 푠 2
휎푐
tan휆 λ= ángulo inclinación del filo.
- Potencia:
푊 = 퐹 · 푣
9. Troquelado- Punzonado
Útiles:
Matriz: Útil donde se apoya la chapa. El agujero tiene una parte que es la que corta llamada zona de vida (A).
Punzón.
Prensachapas: elemento que impide que el punzón arrastre chapa por presión, utilizado en troquelado de precisión.
Juego: La holgura entre la matriz y el punzón es el juego. Su valor depende del espesor de la chapa y del material a troquelar. Si se desea hacer un punzonado, entonces el punzón tendrá las medidas del agujero y la matriz debe ser mayor.
Fuerzas en el plegado:
퐹 =
3 · 푏 · 푠 2 · 휎푒
2푎
11. Embutición.
Consiste en un conformado de láminas o chapas metálicas que se usa para hacer piezas de forma acopada, de caja y otras piezas más complejas.
La embutición suele hacerse en varias etapas para evitar la rotura de la chapa. En la embutición, en una primera aproximación, se considera que el volumen y el espesor del material permanecen constantes.
Fuerza: 퐹 = 푝 · 푠 · 휎푐· 푚
Potencia:
푊 = 퐹 ·
ℎ
푡
12. Entallado.
Es un proceso de conformado en frío realizado en una máquina giratoria mediante el que se adapta una chapa plana a un útil mediante el uso de herramientas. Las piezas obtenidas deben ser siempre de simetría de revolución.
Este procedimiento permita la obtención de piezas en casi cualquier tipo de chapa metálica, en espesores finos y sin necesidad de costosos utillajes.
Adecuado para pequeñas y medianas series, resultando un eficaz complemento para procesos de embutición.
13. Curvado.
Es un proceso de deformación en frio por el cual pueden obtenerse piezas de revolución a partir de chapa plana. Se utiliza para la obtención de tubos o piezas de tamaño importante. Se lleva a cabo en máquinas llamadas curvadoras de cilindros.
Resumen Tema 9 - Todo lo esencial
Asignatura: Procesos de Fabricación (2150023)
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