P OCESOS DE CONFORMACION POR DEFORMACION PLASTICA

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UNIVERSIDAD N ClONAL DE COLOMBIA

ACULTAD DE MINAS DEP TAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

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Presentacion

El sector metalmecanico es pilar fundamental para lograr una industrializaci6n avanzada, ya que suministra muchos de los equipos e insumos requeridos por las em­presas manufactureras.

Tradicionalmente en el area de fabricaci6n de metales, el ingeniero mecanic.o se ha ocupado de la fundici6n, el mecanizado y la soldadura, con descuido total de otros procedimientos de conformacion que son responsables de la obtencion de una gran va­riedad de productos c.omo laminas, barras, perfiles, tubos, recipientes de pared delga­da, herramientas que trabajan a impacto, entre otras. La gran mayoria de estos elementos son obtenidos por procedimientos de conformacion cuyo principio ffsico re­side en la ·deformadon 0 flujo plastico· que sufre un metal cuando fuerzas extraiias elevadas aetuan sobre ellos.

Es importante que un ingeniero mecanico pose a eonoeimientos basieos de los principales procesos de formacion plastica que se dan en eI medio. Como respuesta a esta necesidad, se ha elaborado el presente modulo que busca de una manera sencilla y gradual brindaral futuro tecn6logo los fundamentos de esta tecniea para que sou ejerci­cio profesional transcurra sin contra tiempo, cuando Ie corresponda abordar algunos deestos procesos.

EI presente modulo dedica una unidad a cada uno de los procesos que ban adqui­rido una importancia indiseutible como proeesos de eonformacion plasrica y que a la vez tienen una difuci6n significativa en nuestro medio. Estos procesos son: forja, lami­nadon, extrusion, trefitadoyc.onformadon de la chapa.

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Guias para el estudio

Debido a la dificultad de establecer·una secuencia ideal" en la presentacion de te­mas cuando de aprender esto se trata, se Je recomicnda aJ cstudiante cn aras de facili­tar su aprendizaje que siempre que aborde una unidad haga una lectura total de ella para luego si emprender una IecP.lra de analisis.

Debido a que los procedimientos de fabricacion aqul presentados son inde­pendientes en si mismos, el estudiante podra abordar su aprendizaje en eJ orden que 10 dcsee. Solo cxiste una excepci6n y es referente ala unidad uno que debera ser estudia­da de primera.

Entre mas sentidos y experiencias se involucren en el aprcn.dizaje de un detenni­nado conocimiento, mejorcimentado quedara este; por 10 tanto, el estudiante no debe­rei contentarse con estudiary realizar las practicas sugeridas, sino que debe emprender otras nuevas, com.o conocer industrias del medio que se re1acionan con estos procedi­mientos yenterarse de la problematica tccnica que les aqucja.

Requerimientos para abordar este m6dulo

Para un estudio sin contratiempo de este modulo, el esttJdiante debera hacer un repaso de los cursos sobre ciencia de los materiales, especialmente de los siguientes conceptos:

-Estructura cristalina

-EstructtJra granular

-Microcons ti tuyen te

- Fase

Asf mismo se espera una revision de temas sobre elementos de maquinas y princi­pio ffsico de funcionamiento.

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ObjeUvos generales del modulo

Dentro de un nivel de profundidad que pretenda basicamente despojar al futuro ingeniero de una ·actitud de asombro e incertidumbre ante 10 nuevo·, el presente mo­dulo busca que el estudiante:

- Apropiarse de manera ·cualitativae de los fundamentos sobre los que reside la conformaci6n plastica de los metales, a fin de pronosticar los resultados y fallas que se puedan presentar durante la deformaci6n plas.tica.

- Tener conocimento de la mecanica de cada proceso de fabricaci6n y de los equipos requeridos ala manera de cOmo se dan en Colombia, a fin de hacer una selecci6n apropiada de acuerdo a su uso.

- Distinguir los articulos por conformaci6n plastica, as! como sus caracteristicas, para determinar el procedimiento de fabricaci6n a propi ado a las oecesidades.

Fundamentos de la conformacion por deformacion phlstica de los me tales

Pesentacion

La deformabilidad de una aleacion esta basada eo ciertas caracteristicas propias de ella, aSI como en la manera de deformarla. Investigaciones realizadas en paises de­sarrol1ados se ban aproximado a la descripcion de estas caractensticas y circunstnacias. EI conocimiento de ellas por parte del ingeniero mecanico, as. sea de manera general, Ie proporcionara un marco te6rico dentro del cual ballara resp~sta a multiples aspec­tos que se preseotan en la con{ormacion por deformacion plastica, a la vez que Ie per­mitira prever con mayor acierto, la posibilidad de trabajar metales en circunstancias particuJares.

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Estructura de la Unidad

- La conformacion por deformacion phistica dentro del contexte global de los procesos de fabl;cacion de metales

- Comportamiento elastico y plastico de los materiales.

- Dos aproximaciones que explican la deforrnacion plastica.

- Oasificacion del trabajo mecanico segtin la temperatura.

- Caracteristicas y ciITunstancias que inciden en 1a conformabi1idad de una aleaci6n.

- Vivencias.

-Bibliografia.

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Objetivos de la unidad

Con el fin de proveer al ingeniero de una herramieota teorica que Ie permita "ra­ciooalizar·'as caracter!sticas ycircuostaocias propias de los procesos de fabricacion de deformacion plastica, se busca con esta unidad que el estudiante este en capacidad de:

- Ubicar los procesos de conformacion por deformacioo plastica, dentro del contexto de fabricacion de piezas met:ilicas.

-Mostrar e1 comportamiento que presentan los metales cuaodo se deforman pJasticamente.

- Describir las dos grandes modalidades bajo las cuales se conforma el metal en cualquiera de los procedimientos: trabajado en caliente y trabajado en frio; as! mismo establecer para cada una de estas modalidades sus ventajas ydesventajas relativas.

Desarrollo de la unidad

1.1 Ubicacion de los procesos de co~formaci61J por deformaci6n plastica dentro del contexto de fabric~ci6n

de me tales.

La importancia de los metales frente a otro tipo de materiales, como la madera, el \-'idrio, eI concreto, se debe en gran parte a la relativa facilidad con que se deja trans­formar en articulos. Un resultado directo de este heeho es la multiplicidad de procedi­mientos de fabrieaci6n existentes hoy cn dia en la obtenci6n de articulos metilicos.

Los ·proeedimientos de transformac.ion- de metales en utensilios suele c1asificarse bajo diferentes criterios; por ejemplo: segun el tipo de rnaquina utilizada; segtin la ':'i1ergia empleada; segun el rango de temperatura al eual se opera la transformaci6n; etc. Si analiza los contenidos de los cursos de su carrera que tienen que ver directa­mente con la fabricaci6n 0 construcci6n de articulos y equipos se podra observar que existe a Divel general una agrupaei6n que obedece fundamentalmente a la semejanza en el fundamento mismo de la operaei6n aSl:

- Por fusion 0 posterior vaciado del metalliquido dentro de recipientes que haran que este retenga su forma una vez solidifica. Proceso de Fundici6n.

- Por remoci6n gradulal de metal cuando existe contacto y movimiento relativo entre este y otro de dureza y resistencia mayor. Proceso de Mecanizado.

- Por union 0 cohesion con metal de partes perforadas. Proceso de Soldadura.

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Desde el punto de vista fundamcnto mismo de conformado; adem as de estos tres grupos. existe uno rnuy importante que ab~rca diferentes procesos y que son objeto de estudio en cste m6dulo, el ·pr0ceso de conformacion por tran sformacion plastica w

• En esta modalidad, el metal se transforma en artlculos de formas especificas, por la accion de fuerzas externas que 10 o bligan a fluir en estado solido para que se acomode a las formas externas que eventualmente Ie sirvan de Ifmite.

Estos cuatro grandes grupos de conformado de metales presentan a su vez subdi­visones 0 clasificaciones de acuerdo a multiples criterios como: tipo de maquina, c1ase de artlculos producidos, etc. Los procesos de conformacion por deformacion plastica suelen clasificarse principalmente segun dos criterios: temperatura de trabajo y mee-a­nica misma que presenta cl proc.cso. Por razones de tipo didact1co, por ser mas englo­bante y por darse a nivel de la industria una subdivision espontanea mas acorde con el segundo criterio, la presentacion de las unidades en este modulo se hani siguiendo la "mecanica misma que presenta el proceso·. EI criterio, ·temperatura del metal en el momenta de su transformacion" se dara a manera de subclasificacion cuando el proce­so particularen consideracion la contemple.

1.2 Algunos conceptos sobre el trabajo mecanico de los metales.

Seguidamente se esbozan algun os conceptos nec.esarios para penetrar algo mas en la esencia de los procesos de fabricacion por flujo phlstico.

1.2.1 Comportamiento elastico y plastico de los metales.

La experiencia ha demostrado que todos los meteriales se deforman cuando se les somete a carga externa en mayor 0 menor grado; asi vemos como 1a rama de un arbol se arquea ante un peso que se Ie coloque 0 como el maiz una vez cocinado, molido y amasado, sede ante la presion de las manos para irse convirtiendo en un disco que una vez asado sera nuestra famosa arepa.

AI analizar en detalle los dos ejemplos anteriores, se podra apreciar que existe una diferencia cua1itativa en 1a respuesta del material ante la fuerza aplicada. En eI pri­mercaso, sabemos que si el peso 0 fuerza aplicada para arquear Ja rama del arbol no es excesiva al punto que origine su rotura, una vez que halla desaparecido esta, Ia rama tratara de recuperarsu forma y posicion inicial. En el caso de la masa de rnaiz para are­pas, bien sabemos que 6i hundimos la yemas de los dedos en ella, una vez que retire­

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