Procesos de Deformación Plásticas.

Instituto Universitario Politécnico

2020

“Santiago Mariño” Extensión Valencia

PROCESOS DE DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Revista Digital.

La importancia de los metales en tecnología moderna está prevista, en gran parte, a la facilidad con la cual ellos pueden ser formados en formas útiles como tubos, barras y hojas, entre otras.

Robert Brizuela

Revistas

C.I: 28.138.009

N#: 1

Escuela: 46

01/06/2020

TABLA DE CONTENIDO. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 1.

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Definición.

Diagrama: Curva de Esfuerzo & Deformación.

Procesos de Deformación Elástica De los Metales.

Punto de Rotura o de Fractura.

Procesos de Deformación Plástica de los Metales.

Trabajo en frio.

Trabajo en caliente.

Proceso de Laminado. a. Proceso de Laminado en Caliente. b. Proceso de Laminado en Frio.

9. Proceso de colada Continua.

10. Proceso de Forjado. a. Forjado en Prensas. b. Forjado con Martillos.

11.

Proceso de Estampación. a. Estampación en Frio. b. Estampación en Caliente. c. Principales operaciones de Estampación.

12.

Proceso de Embutición.

13.

Proceso de Extrusión. a. Extrusión Directa. b. Extrusión Indirecta.

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Ventajas y Desventajas.

Procesos de Deformación Plástica en Metales.

Los procesos industriales de conformación por deformación consisten en someter los materiales a la acción de fuerzas que superen su límite de elasticidad, de modo que provoquen en ellos deformaciones plásticas de carácter permanente.

Una deformación es plástica cuando, al cesar la fuerza que la origina, el material no recupera su forma inicial.

Deformación de una de metal en frio.

Diagrama de Esfuerzo vs Deformación.

Una definición más específica, Se habla de una deformación plástica cuando un esfuerzo aplicado a un material es tal que al retirar el esfuerzo el material ya no es capaz de volver a sus dimensiones originales. Un esfuerzo puede ser definido como una presión, es decir, una fuerza aplicada en un área en específico, pero se convierte en un esfuerzo cuando dicha presión es relacionada con un porcentaje de deformación. La deformación es simplemente la resta entre las dimensiones originales y las nuevas dimensiones que adquiere el material.

Cuando al retirar un esfuerzo el material permanece con unas dimensiones distintas a las originales, se dice que el material se deformó plásticamente. La deformación plástica se alcanza cuando la fuerza aplicada resulta tan grande que, internamente, los átomos o moléculas tuvieron que cambiar su posición para compensar dicha fuerza.

Curva de Esfuerzo Vs Deformación.

Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico. Es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea permanente.

Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad.

Procesos de Deformación Elástica en Metales.

Reversible o no permanente, el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar su estado tensional y aumentar su energía interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles.

Las deformaciones del material son directamente proporcionales a la fuerza aplicada, siendo la deformación producida reversible y no permanente. Es el comportamiento descrito por Ley de Hooke. De esta manera podemos definir el límite elástico como la tensión máxima que un material puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes.

Debido a la dificultad para localizarlo exactamente y con total fidelidad, ya que en los experimentos la recta es difícil de determinar (existe una banda donde podría situarse el límite elástico), en ingeniería se adopta un criterio convencional y se considera como límite elástico la tensión a la cual el material tiene una deformación del 0.2%, aunque la normativa suele tomar 0.1% para quedar del lado de la seguridad (no está mal, un factor de seguridad.

Este comportamiento, sin embargo, no es exclusivo de estos materiales, de modo que los metales y aleaciones de aplicación técnica, piedras, hormigones y maderas empleados en construcción y en general cualquier material presenta este comportamiento hasta un cierto valor de la fuerza aplicada; si bien en los casos apuntados las deformaciones son pequeñas, al retirar la carga desaparece.

Ballestas: Elementos absorber picos de energía.

elásticos

para

En la siguiente imagen podemos observar, las diferencias de las siguientes deformaciones Plásticas y Elásticas.

Punto de rotura o Fractura: Como su nombre indica, es el punto por encima del cual el material no puede seguir deformándose más y pierde toda su capacidad resistente. Se denomina tensión de rotura a la máxima tensión que un material puede soportar bajo tensión antes de que su sección transversal se contraiga de manera significativa.

La tensión de rotura se obtiene por lo general realizando un ensayo de tracción y registrando la tensión en función de la deformación (o alargamiento); el punto más elevado de la curva tensión-deformación es la tensión de rotura.

Curva de Tensión del aluminio.

1.

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5.

Tensión de rotura Límite elástico Límite de proporcionalidad Fractura Deformación en el punto de límite elástico (típica 0.2%)

Trabajo en frío.

Trabajo en caliente.

Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una deformación.

Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad. Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo.

Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia.

Ejemplos: colada Forjado, Laminación.

Ejemplos: Embutición, Laminación, Estampación.

continua,

Deformación en caliente.

Conformado en frio.

0

Proceso de Laminado.

Laminado o proceso de laminaciรณn es un proceso de deformaciรณn, en el cual se reduce el espesor de un material mediante fuerzas de compresiรณn ejercidas sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresiรณn y de cizallamiento, originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal. Los procesos de laminado requieren gran inversiรณn de capital; debido a ello los molinos de laminado se usan para la producciรณn de grandes cantidades de productos estรกndar (lรกminas, placas, entre otas.).

Ilustraciรณn detallada del proceso de laminado.

Proceso de laminado en frio.

Por lo general es fabricado en aquel proceso en el cual el acero es enfriado mientras se estรก laminando en un estado caliente, evitando asรญ todo tipo de enrollamientos indeseables en los resultados finales.

Proceso caliente.

de

laminado

en

Es producido, calentado y presionado por medio de unos rodillos especiales industriales que tienen como objetivo manipular todo el acero siguiendo ciertos criterios y especificaciones. Esto debido a que cuando se encuentra como metal calentado es mรกs fรกcil de ser transformado.

Laminado en Frio.

Laminado en Caliente.

Proceso de Colada Continua.

La colada continua es un proceso de solidificación en el que el acero líquido se vierte directamente en un molde sin fondo con la forma de la sección transversal del semi-producto que se desea fabricar.

Se llama continua de la transformación del metal líquido a alta temperatura a sólido porque el acero líquido llega sin interrupción al molde, obteniéndose un desbaste tras otro sin detenerse la línea para la obtención de productos semi-terminados como: Hilos.

Cilindros.

Tubos.

Perfiles rectangulares.

Secciones especiales.

Elementos terminados final del proceso.

Entre las principales ventajas del empleo de este proceso con respecto a su predecesor (fundición de terrones aglomerados finos o lingotes de acero) destacan la mayor productividad y los menores costos, ya que se evita la laminación de los lingotes en planchones o tochos.

Además el proceso permite una mayor reducción de los costos mediante la colada de las secciones transversales más cerca del producto acabado.

Proceso de Colado Continuo.

Proceso de Forjado.

Es el proceso consistente en cambiar la forma de un metal caliente por medio de golpes de un martillo pilón o por presión en una prensa. En el curso del forjado, el metal se hace más denso y se elevan sus propiedades mecánicas. Como material básico para la obtención de las piezas forjadas se utiliza el acero y algunas aleaciones a base de cobre, aluminio y magnesio.

Dentro de las características de los productos forjados se tienen: Excelentes propiedades Resistencia la fatiga

mecánicas:

Tenacidad,

Ductilidad,

Resistencia a la corrosión gracias a integridad metalúrgica Las cotas y superficies funcionales (tolerancias superficiales) suelen precisar mecanizado posterior.

Prensas La aplicación de presión sobre el material proporciona una deformación homogénea del material y mejores tolerancias que los martillos. Su capacidad viene definida por la fuerza disponible en la carrera de bajada de la estampa y se clasifican en función del mecanismo utilizado para el movimiento de la estampa superior: Prensas mecánicas Mecanismo de biela-manivela (energía almacenada en un volante de inercia) Fuerza y velocidad dependen de la cinemática de la prensa

y

acabados

Prensas hidráulicas Accionadas por un cilindro hidráulico servo-controlado.

Fuerza y velocidad dependen del caudal y presión en el cilindro hidráulico.

Menor productividad que las mecánicas.

Martillos Su aplicación es de impactos sucesivos sobre el material, y proporcionan una deformación más superficial que las prensas. En general son más baratos y flexibles que las prensas y su capacidad viene definida por la energía disponible en el momento del impacto.

Forjado de Prensas, Forjado con martillos

Proceso de Estampación.

El estampado de metales o estampación es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser una presión aplicada progresivamente o una percusión, para lo cual se utilizan prensas y martinetes. Los moldes, son estampas o matrices de acero, una de ellas deslizante a través de una guía (martillo o estampa superior) y la otra fija (yunque o estampa inferior).

Si la temperatura del material a deformar es mayor a la temperatura de re-cristalización, se denomina estampación en caliente, y si es menor se denomina estampación en frío.

Estampación en caliente Este tipo de estampación se realiza con el material a mayor temperatura que la temperatura de re-cristalización que en el caso del hierro es de 910ºC.1 El producto obtenido tiene menor rugosidad (mecánica) y precisión dimensional que cuando se trabaja en frío, pero con la ventaja de poder obtener mayores deformaciones en caliente.

Estampación en frío El estampado en frío se realiza con el material a menor temperatura que la temperatura de recristalización, por lo que se deforma el grano durante el proceso, obteniendo anisotropía en la estructura microscópica. Suele aplicarse a piezas de menor espesor que cuando se trabaja en caliente, usualmente chapas o láminas de espesor uniforme.

Las principales operaciones de estampación en frío son: Troquelación: punzo-nado (realización de agujeros), corte (separación de piezas de una chapa) o acuñación.

Deformación por flexión entre matrices: curvado, plegado o arrollado.

Maquina troqueladora de estampación.

Ilustración: Prensa de husillo francesa de 1831, usada para acuñar monedas

Proceso de Embutición.

La embutición es un proceso tecnológico que consiste en la obtención de piezas huecas con forma de recipiente a partir de chapas metálicas. Este proceso permite obtener piezas de formas muy diversas y es una técnica de gran aplicación en todos los campos de la industria.

En la embutición de una pieza se parte de una porción de chapa que descansa sobre la matriz, mientras el pisador la mantiene sobre esta y el punzón ejerce la presión necesaria para conformar la pieza provocando la fluencia del material a través de la cavidad abierta en la matriz. La pieza va a conformarse en función de la forma de la abertura de la matriz y la forma del punzón, mientras que el pisador va a evitar el pandeo del material al tratarse de formas generalmente no desarrollables.

Antes de la acción del punzón.

Después de la acción del punzón.

En el transcurso de este proceso de conformado mecánico, se producen en el material una serie continua de estados de tensiones y deformaciones.

Se pueden diferenciar por lo tanto tres zonas, correspondientes a los tres estados elementales de tensiones: a) Zona del Flanco, b)

Zona de Pared de la copa, c)

Zona del fondo de la copa.

El desplazamiento del material en ese instante es semejante al flujo de agua por el rebosadero de una presa. Cuando se pretende que el espesor del material no se altere durante el proceso de embutido, el área de la pieza original (disco recortado) debe ser igual al área de la superficie de pieza embutida.

La fricción es un factor que debe tomarse en cuenta por cuanto el material se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz. Por lo tanto esta área debe estar pulida y lapeada. Esto reduce la carga necesaria para el desarrollo del embutido. El achaflanado de los bordes de la matriz ayuda a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir.

Proceso de Extrusión.

La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento.

Extrusión Directa La extrusión directa es el proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del troquel por un tornillo.

Extrusión Indirecta Aluminio extruido; perfiles aptos para conectores especiales.

En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte.

Bote de Play-Doh verde junto a un juguete de extrusión.

La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semi-continua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío.

Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos que se usan para construir.

Ventajas y Desventajas.

VENTAJAS DEL TRABAJO EN CALIENTE: Los esfuerzos de fluencia son bajos.

Requerimientos de potencia son bajos.

La ductilidad del material es alta.

Se pueden deformaciones.

realizar

grandes

Trabajo en caliente.

VENTAJAS DEL TRABAJO EN FRIO: 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.

DESVENTAJAS DEL TRABAJO EN CALIENTE: Se requiere mucha energía para el calentamiento.

La oxidación afecta el acabado superficial.

Variaciones de temperatura: Tolerancias dimensionales altas.

Propiedades menos definidas.

DESVENTAJAS DEL TRABAJO EN FRIO: Los esfuerzos de fluencia son altos.

Las presiones en la herramienta son altas.

La ductilidad de los materiales es limitada.

Se restringe la complejidad de formas que se pueden producir.