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Nuevos materiales:una odisea de 35.000 años

del homo habilis al homo sapiens

Manufactura I

Plan 2016

Semestre 2017-2

Grupo 01

Manufactura IProcesos de Deformación Plástica

• Procesos de fundición

• Procesos con arranque de viruta

• Procesos de conformado mecánico

• Procesos a partir de polvos

• Procesos de conformado de polímeros y cerámicos

Procesos primarios

• Procesos para modificar las propiedades de los materiales

• Procesos para unir partes

• Procesos de acabado de superficies

Procesos secundarios

Se define a un proceso de conformado mecánico como aquel

en donde se produce un elemento terminado o

semiterminado mediante la deformación plástica del material.

Por las condiciones del proceso (temperatura y velocidad de

deformación) estos se clasifican como:

Trabajo en caliente: Temperatura de proceso mayor de 0.75 Tf

Trabajo en frio (se presenta endurecimiento); generalmente

se desarrolla a temperatura ambiente

Trabajo en tibio, 0.30 a 0.60 la temp de fusión


Conformado Mecánico:

En función del tipo de carga que produce la deformación:

Procesos en los que se obtiene la forma final mediante la

deformación plástica del objeto, ésta puede ser por:

1. Esfuerzos de compresión, forja

2. Esfuerzos de compresión inducida o indirecta, extrusión

3. Esfuerzos inducidos de Tracción; embutido

4. Tracción biaxial, estirado de lámina5. Esfuerzos de corte, troquelado.


Forja libre o abierta

En caliente, se

tiene grandes

deformaciones,

por ejemplo:

Sin embargo en frío las deformaciones son mucho

más limitadas y además habrá que considerar la

recuperación elástica, por ejemplo el trabajo en

lámina;

Operación de Rechazado de chapa metálica

Descripción esquemática de los procesos de conformado mecánico más comunes:

• Procesos Primarios; Grandes deformaciones, normalmente realizadas en caliente

• Procesos Secundarios o de acabado; se obtiene la forma final, son procesos en frío.

También se pueden clasificar de acuerdo con la características del proceso

Procesos de deformación volumétrica.a. Formador de lazo durante la laminación de barras de

refuerzo para construcción,b. Diferentes perfiles obtenidos por extrusión de aluminio.

(a) (b)

http://www.prlog.org/10152213-section-rolling-mill.jpg

Procesos más usualesDeformación volumétrica

• Laminación. Es un proceso de deformación por compresión directa, en el cual el espesor del lingote se reduce al pasar a través de dos rodillos que giran en sentido opuesto, y cuya separación es menor que el espesor inicial del rodillo. Se efectúa tanto en frío como en caliente.

• Forja. El material se deforma entre dos dados, de tal manera que la forma del dado se imprima para obtener la geometría deseada (forja en estampa). Geometrías simples forja libre. Grandes deformaciones, por lo tanto generalmente en caliente; aunque puede ser en frío.

Procesos más usualesDeformación volumétrica

• Extrusión. Proceso de compresión indirecta en el cual se fuerza el metal a fluir a través de la abertura de un dado para que tome la geometría de éste. El proceso se realiza en caliente

• Estirado. En este proceso el diámetro de un alambre o barra se reduce cuando se hace pasar éste, por efecto de una fuerza de tracción, a través de la abertura de un dado.

Doblado. El doblado implica la deformación de una lámina metálica o placa para que adopte un ángulo con respecto a un eje

Embutido (estirado). se refiere a la transformación de una lámina de

metal en una forma hueca o cóncava.

Corte. Este proceso se caracteriza en que las cargas aplicadas generan en el material solicitaciones superiores su resistencia al corte lo que

produce la separación de la chapa.

Durante el trabajo con lámina se tienen

operaciones de:

Trabajo en lámina:

Trabajo en lámina:

Los diferentes elementos que forman la carrocería de un automóvil se

producen a partir de chapa metálica.

Chasis monocasco de un BMW serie 5En este caso las operaciones de estampado de lámina

son fundamentales. Los elementos que se observan

tienen una función estructural

Procesos de Conformado Mecánico en Frío.

Trabajo en frío de los metales. Características

• Mejor acabado superficial.

• Tolerancias dimensionales más estrechas.

• Cambio en las propiedades físicas (se pueden ajustar las

propiedades mecánicas de acuerdo con las necesidades del

producto).

• Mayor capacidad para ser deformados por cargas de tracción.

• Mayor consumo de energía para la deformación.

• Anisotropía.

• Necesidad de recocidos intermedios, en el caso de grandes

porcentajes de deformación.

Procesos de Conformado Mecánico (deformación Plástica) en frío

Estirado Compresión: Doblez: Corte o desprendimiento:

Procesos de aplicación particular:

BarrasTubosAlambreRechazadoRechazado de potenciaEmbutido con planchado

AcuñadoLaminadoCalibradoForja en fríoFormado de roscasExtrusiónRemachado

DobladoRoladoDoblado de placaRebordeadoEngargoladoFormado con rodillos

TroqueladoPunzonadoCorte de cinta ohendidoRecortePerforadoEscopleadoRanuradoLancetadoRasuradoCorte con cizalla

Formados por altaenergíaFormadosuperplástico

Procesos de Conformado Mecánico (deformación Plástica) en frío

Estirado de alambre y barra:

Estos procesos se realizan en una prensa o banco de estirado, en el caso de barra se realiza una sola reducción de diámetro, mientras que en el alambre se tiene un proceso secuencial en el que el material va pasando sucesivamente en varios dados de estirado, pudiendo en algunos casos ser sometido a un recocido en línea, esto es entre etapas subsecuentes de estirado.Dado que la carga de estirado es función del coeficiente de fricción entre el

dado y el material, entonces es usual el uso de lubricantes que soporten las elevadas presiones que se generan durante el contacto de la herramienta con el material.El estirado puede ser en seco o en húmero (el dado se encuentra inmerso en el lubricante).

Procesos de Manufactura en fríoTrabajo en Chapa metálica

UDIATEM

Laminado en caliente

Decapado Estirado del alambre (Alambrón) o

tubo (se aplican recocidos intermedios de ser necesario).


UDIATEM

Banco de estirado de 5 etapas


UDIATEM

Banco de estirado

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=wire+drawing+process&source=images&cd=&cad=rja&docid=38dIpG4ws3dLJM&tbnid=CXbWm8Jpz5_TGM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.meiwachem.com/wire.php&ei=HiN4UcvhOarD2QW5zoEw&bvm=bv.45580626,d.b2I&psig=AFQjCNEf6EqUl_JlKyEidjvVxchheSgIiA&ust=1366914195078734

Dados de estirado

Estirado de tubo

Rechazado de chapa

metálica

En el rechazado se considera que el espesor inicial y final son iguales

En el rechazado de potencia la presión de la herramienta causa el flujo plástico del material reduciendo el espesor de éste

Rechazado

El rechazado permite la fabricación de cuerpos de revolución huecos

Rechazado

Dado que la deformación se produce al empujar el material sobre el mandril, en el caso de rechazado de potencia se pueden alcanzar reducciones de espesor de casi el 200% de la máxima deformación en tracción

Forja en frío

El formado de cabezas y cuerpo de tornillos y tuercas en el caso de diámetros menores de 12 mm se puede realizar en frío

Operaciones de formado, recalcado y estirado

Forja rotatoria (suajeado rotatorio)

Acuñado

Remachado

Formado con rodillos

Éste se utiliza para la producción de perfíles a partir de cinta metálica. El formado se produce por etapas

Udiatem

Número de pasos y

secuencia empleada

en la formación de un

perfil



Prof.Dr. Armando Ortiz Prado

Manufactura ISemestre 2017-1

05 de septiembre de 2016

Procesos de Deformación Plástica




Perfiles estructurales

Diferentes perfiles utilizados con fines estructurales




Vigas producidas por laminación ( en caliente)

Perfiles producidos por el doblado de cinta al pasar entre rodillos formadores (en frío)

Udiatem

Rolado




Se puede aplicar a lámina o placa para formar elementos cilíndricos, la deformación se produce por flexión en tres puntos. Muchos textos y autores confunden este término para referirse a el proceso de laminación lo cual se produce por una traducción literal del termino ROLLING que es el utilizado en inglés para referirse a la deformación entre dos rodillos

Rolado

Chapa

Tubo




Rolado




¿Forjar o Troquelar?; La intención de todo proceso de

manufactura es producir un elemento que cumpla con su función en

un sistema, esto al mínimo costo (mínimo consumo de energía,

mínimo consumo de materiales, mínima generación de efluentes,

fácil reciclado, entre otros aspectos). Es por lo anterior que los

métodos para producir un cierto elemento pueden ser muy variados e

irse modificando en el tiempo.

La forja es un proceso que produce muy buenas propiedades en la

pieza, pero por su complejidad resulta siempre costoso, es entonces

que se busca utilizar otros métodos más económicos como la

fundición y el troquelado; en particular en las siguientes imágenes se

observarán algunos ejemplos de como los métodos de fabricación se

han transformado para permitir una mayor producción en menorestiempos y costos.




Diseños construidos con base en piezas forjadas y

maquinadas




Colt 1911 (1909USA)

Diseños construidos con base en piezas forjadas y

maquinadas




30 M1 Carabina (1942USA)



Doblado



Fuerza de Doblado




2

0

1.3

donde:

ancho

espesor de la lámina

distancia de doblado (entre apoyos)

b

wtF k

l

k

w

t

l



Engargolado




Embutido.

Usualmente los materiales más ocupados en procesos de embutición son aquellos con mayor ductilidad como las aleaciones de aluminio o cobre en comparación con los aceros.




Embutido.




Piezas embutidas en acero. Es importante

cuidar la relación entre el diámetro del

material a embutir y la altura de embutición.

0

0

Relación de embutido

donde

diámetro inicial

diámetro final (punzón)

f

f

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=world+war+2+german+steel+ammo&source=images&cd=&cad=rja&docid=5FBOzv_YX6EL5M&tbnid=T5cUFucxehjHqM:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:World_War_2_German_ammunition.JPG&ei=_BFCUbTuNua42QXl0oDYAg&bvm=bv.43828540,d.b2I&psig=AFQjCNFhNzeneODc6wN8mMHzTD3RM2nr5Q&ust=1363370849497349

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7f/Naboj23_mm.jpg

Embutición.

Este proceso permite la obtención de piezas huecas de diversa forma (acopada, de caja, etc.). El principio básico consiste en empujar el material en forma de lámina sobre la cavidad de una matriz mediante un punzón.




El esquema del proceso se muestra en la siguiente figura:

Embutición.




0embf t

Embutido

Formado mediante

corte de chapa

metálica

Troquel simple; 1.perno de freno ó límite, 2. Buje guía, 3. Perno guía, 4. Tornillos de sujeción, 5. Espiga guía, 6. Perno, 7. Placa de fijación, 8 y 13. Porta troquel, 9. Punzón, 10. Placa guía, 11. Cinta, 12.matriz




Formado de chapa

mediante corte

[Troquelado]

Troquel progresivo. En este se lleva a efecto una operación de punzonadopara después proceder al troquelado. 1. Punzón de troquelado, 2. Perno guía o de localización, 3. Matriz de troquelado, 4. Herramienta de punzonado, 5. Matriz de punzonado, 6. Guía, 7. Cinta, 8 pieza terminada, 9 desperdicio




Formado de chapa

mediante corte

[Troquelado]

Operación de un troquel compuesto que corta y embute. 1. Punzón de corte, 2. Punzón de embutido, 3. Placa de soporte, 4. Matriz de corte, 5. Expulsor, 6. Cinta metálica a troquelar, 7. Perno de limitación o freno, 8. Pieza cortada, 9. Pieza ya embutida, 10. Pieza final, 11. Desperdicio o calavera.




Formado de chapa

mediante corte

[Troquelado]

Troquel progresivo de 10 etapas para alta producción. Nótese que las guías ya no emplean bujes sino sistemas antifricción

Dibujo de ensamble de un troquel progresivo







Troquelado, punzonado.

Aunque el principio del proceso es el mismo, se habla de troquelado cuando se genera elcorte a lo largo de una línea cerrada para separar la pieza del material circundante, y sehabla de punzonado cuando el material cortado es el que se desecha y el que permanecees la pieza deseada .

Troquelado Punzonado

Holgura entre matriz y punzón

Troquelado

Diferentes cintas en donde se observan las variadas etapas de proceso que se pueden tener en un troquel progresivo

Troquel progresivo abierto. Se puede observar que para facilitar su maquinado éste se estructuro en 3 secciones, las cuales son montadas al final en el portatroquel. Del lado izquierdo se observa una cinta en que se muestran las diferentes etapas del procesamiento




Troquel progresivo y cinta en donde se observan las diferentes etapas del troquelado







Se trata de un proceso de conformado mecánico en frío en el cual el material, generalmente acero, se deforma plásticamente por la acción de un fluido a muy alta presión.

A la presión hidrostática aplicada se le adicionar una carga axial.

Los materiales que más comúnmente son procesados por este método son; aceros al carbono, aceros inoxidables, cobre y sus aleaciones tales como los latones, aluminio y sus aleaciones. En general se trata de materiales con buena ductilidad.

Trabajo en FríoHidroformado




El hidroformado se realiza a lámina y a tubo.

Para el hidroformado se requiere de una matriz con la forma externa de la pieza a producir; la cual instala en una prensa. En el caso de tubos la presión se aplica en el interior de éste una vez que la prensa ha cerrado las semimatrices.

Ventajas

•Reducción del peso, mediante la disminución de las soldaduras y

sustituyendo piezas fundidas o estampadas. En el caso de utilizar

fundición se reduce el peso. Para el estampado se pueden producir

piezas más complejas.

Trabajo en FríoHidroformado




Ventajas

•Mejores propiedades fa fatiga que en el caso de utilizar soldadura

.

•Al reducir la recuperación elástica se pueden tener tolerancias más

precisas.

•Mejores propiedades mecánicas en general

•El proceso evita deformaciones plásticas localizadas, por

consecuencia fracturas durante el formado; así también evita el

colapso de tubos durante su deformación a flexión.

•Por este método se puede reducir el número de piezas, lo que

disminuye tiempo y costo.

•Permite reducir los desechos.




Matriz para hidroformado

Equipo para hidroformado





Por su Atención

Muchas Gracias

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