procesos industriales para materiales metalicos 01

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Captulo 6. Fabricacin por deformacin en metalesLos procesos de conformado por deformacin plstica son los procesos de fabricacin ms importante junto a los procesos de moldeo. En este capitulo se revisaran los conceptos fundamentales de los procesos de conformado volumtricos y de chapa.Tambin se abordaran las fuerzas aplicadas en los procesos de deformacin y los principios que determinan el flujo del metal.

IntroduccinClasificacin de los procesos.Los procesos de deformacin plstica se pueden clasificar de la siguiente manera.

Segn la deformacin:Deformacin volumtrica:Laminado.Forjado.ExtrusinEstiradoDeformacin de chapa:Embuticin.Doblado.Corte Segn la temperatura:Fro.Caliente.

Proceso de deformacin. Deformacin elstica y plstica.El conformado por deformacin plstica persigue obtener perfiles metlicos o elementos mecnicos de configuracin ms o menos complicada a partir de formas brutas o poco elaboradas bajo la accin de fuerzas exteriores.

Como alguna vez hemos podido observar, cuando un cuerpo es sometido a una fuerza, se produce un alargamiento de ste en mayor o menor cuanta. Este alargamiento se puede dar de manera que al realizar una fuerza sobre dicho cuerpo, sus tomos se desplacen de sus posiciones originales, para volver a ellas cuando se deja de aplicar la fuerza, recuperando su tamao inicial. A este fenmeno se le llama Deformacin Elstica.Cuando la fuerza aplicada es tal que los tomos de un material se desplazan a nuevas posiciones y permanecen en ellas despus de que deja de actuar dicha fuerza, se dice que ese material ha sufrido una Deformacin Plstica.Para explicar estos conceptos partiremos de una barra prismtica de longitud Lo y seccin constante S. empotrada en un extremo y cargada en el otro con una fuer/a axial P, la! como se muestra en la Figura

Normalmente tu tensin no es uniforme sobre el rea S. debido a lina serie de motivos, En primer lugar a tjue normalmente la fuer/a se aplica en una zona pequea, originando una tensin muy elevada en la amia circundante, la cual tiende a distribuirse un forme mente segn nos alejamos del punto de aplicacin de la fuerza. Otras de las razones para esta falta de uniformidad son Jas concentraciones de tensiones en las variaciones bruscas en la geometra y Ja anisolrupa inherente Curvas tensin-deformacinCurva tensin-deformacin ingenien)A partir de las medidas de alargamiento y carga aplicada, obtenidas durante el ensayo de traccin, podemos realizar una grfica en la cual se representa el comportamiento del material durante la prueba, tiste tipo de grfica se denomina curva tensin-deformacin ingcnieril.

La tensin ingenieril se define como la carga aplicada dividida por la seccin inicial de la probeta.La deformacin ingenieril es el cociente entre el alargamiento y la longitud inicial de la muestra entre dos marcas (Longitud base de medida o Longitud de calibracin).La forma y tamao de la curva depende del tipo de material, tratamiento trmico, temperatura de ensayo, etc. La forma comn de la curva tensin deformacin se muestra en la Figura 6. 3.La primera parle de la curva (tramo OB) corresponde a un comportamiento elstico del material, si desaparece la carga la probeta recupera su forma niciaL Fin esta zona se puede obtener la siguiente informacin:Lmite de proporcionalidad (Punto A)

Representa el valor mximo en el cual las deformaciones son proporcionales a las tensiones. Se calcula observando dnde pierde la linealidad la curva obtenida durante el ensayoMdulo de elasticidad longitudinal (E)

El mdulo de elasticidad es la relacin entre la tensin y la deformacin correspondiente, para valores de tensin inferiores al lmite de proporcionalidad. Es la pendiente de la zona lineal (tramo OA).Lmite elstico

Se llama lmite elstico al valor de la tensin a partir de cual s descargsemos la probeta (recta BBparalela a OA), no recuperara sus dimensiones originales, quedando deformada permanentemente (de valor B).Este se calcula tomando el valor de tensin correspondiente al punto de corte con la curva (punto B), para un valor dado de deformacin. Este valor de deformacin est determinado por la norma que se est utilizando, habitualmente el 0,2 % de la longitud de calibrado (c =0,002).Resistencia a la traccin (Punto C)

Es la mxima fuerza alcanzada en la curva tensin-deformacin dividida entre la seccin inicial de la probeta.

La resistencia a la traccin, no es un valor muy utilizado por los ingenieros, sobre todo en el caso de materiales dctiles ya que estos presentan normalmente valores de deformacin muy elevados, pitr lo que generalmente se utiliza el lmite elstico. En el caso de materiales frgiles si es un criterio valido de diseo, ya que no existe una diferencia notable entre el lmite elstico y la resistencia a la traccin,A partir de que se alcanza la tensin mxima, comienza la estriecin con lo que la carga cae hasta que se produce la rotura de la probeta (punto D,Figura 6. 3).En el ensayo de traccin adems de obtener los parmetros que determinan la resistencia del material, podemos calcular de una manera cuantitativa la capacidad que tiene un material de ser deformado sin que aparezca la fractura, lo cual es de

gran utilidad en los procesos de fabricacin por deformacin, tales como la embuticin o el laminado.Curvas tensin-deformacin realesLas curvas tensin-deformacin ingenenles no son una indicacin real de las caractersticas del material, ya que es una simplificacin del comportamiento verdadero del material. En estas curvas, hemos observado que cuando aparece la estriccin, el rea de la seccin transversal disminuye rpidamente y la carga cae de una manera muy acusada. Este comportamiento es debido a que el ensayo esta basado en las dimensiones originales de la probeta.

El comportamiento real del material es el de incrementar su resistencia mediante endurecimiento por deformacin, con lo cual la tensin deber crecer para ser capaz de seguir deformando el material hasta la rotura. As pues si las medidas de tensin y deformacin estn referidas a las dimensiones verdaderas de la probeta en cada instante, obtendremos la curva tensin-deformacin real.La definicin de deformacin ingenieril es satisfactoria para deformaciones clsticas donde el alargamiento de la probeta es muy pequeo. Sin embargo, en muchos casos las deformaciones plsticas que son capaces de soportar ciertos materiales son grandes y la longitud base de medida va cambiando segn se realiza el ensayo. Modelos de deformacinLos distintos materiales presentan distinta respuesta en sil comportamiento a la deformacin bajo una tensin, dependiendo de su estructura y de la temperatura. Los metales son dctiles en su mayora, sin embargo los cermicos cristalinos son muy frgiles, incluso a elevadas temperaturas. Los polmeros se comportan de una manera similar, siendo su comportamiento tensin y deformacin dependiente de su cristalinidad y de la temperatura.El modelo ms simple se corresponde con un comportamiento rigido-plstico Este comportamiento se ilustra en la Figura 6. 5a. En este caso es completamente rgido (sin comportamiento elstico) sin presentar endurecimiento por deformacin plstica y por tanto un comportamiento plstico ideal, A partir de este modelo sencillo, se desarrollas otros modelos ms complejos incluyendo el comportamiento elstico y el endurecimiento por deformacin, figuras b, c y d. Este ultimo comportamiento (elasto-plstico con endurecimiento por deformacin es el que presentan la mayora de los metales empleados en la ingeniera).

En el apartado siguiente se comentar con mayor detalle este comportamiento de especial importancia en los procesos de conformado por deformacin plstica.Deformacin plstica. Endurecimiento por deformacinCuando un material est sometido a una tensin superior al lmite elstico, la deformacin producida es permanente, lo cual implica un deslizamiento de los

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planos atmicos, A medida que se deforma el material, se requieren tensiones ms elevadas para provocar una nueva deformacin, Rsto es debido a la distorsin que presenta la estructura, principalmente en los planos de deslizamiento y en los bordes de grano.Este aumento de resistencia, sino que tambin es debido al incremento de la densidad de dislocaciones. Este incremento puede a llegar a ser tan grande que provoque que unas a otras se impidan el movimiento. Este efecto es ms pronunciado en el caso de materiales policristalinos. Esto se debe a que las dislocaciones se mueven en planos determinados y al llegar al borde de grano quedan retenidas al no coincidir las direcciones de deslizamiento en el grano adyacente. A este fenmeno se le conoce como endurecimiento por deformacin plstica o acrimd.Como se vio en el punto 6,1.3, existe una relacin lineal entre la tensin y la deformacin en la zona elstica de la curva tensin-deformacin. Sin embargo una vez superado el lmite elstico, a partir del cual se producen deformaciones plsticas no responde a la ley de Hooke, Debido a la influencia de esta parte de la curva en los procesos de conformado por deformacin plstica se realizaron numerosos esfuerzos de ajustar una expresin matemtica a la curva a-e para modelizar su comportamiento. La ecuacin que ms se ajusta, aplicable a un gran numero de metales es la desarrollada por Hollomon,u t K c"Ecuacin 6.16en las que K y n son dos constantes del metal con un determinado tratamiento trmico. Al valor de K se le denomina coeficiente de resistencia, y n es el coeficiente de acritud.Estos dos valores se pueden determinar experimental mente a partir de la curva cr-e real, expresando los valores de la curva de forma logartmica, obteniendo una expresin lineal donde n es la pendiente y K es el valor de la tensin cuando e=l:logcr = log'' + n log'Ecuacin 6,17MaterialK (MPa)nAl endurecido4000,1Cobre3000,5Bronco7000,35

MaterialSC(MPa)nAcero bajo %C5000,25Acero Aleado7000,15Acero inoxidable12000.4Al recocida1750,2

Tabla 6. 1 Valores medios de los coeficientes de algunos materialesCaptulo 6198

Captulo 6#



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Ejercicio 6.1, Curva Tensin - DeformacinFuerza (N)Lioiai (mm)05050.00050,0613100.00050,1227150.00050,1848175.00050,5200.00051,35225,00052,9231,00053,4

Al realizar un ensayo de traccin con una probeta de 25 mm de dimetro y Lo=50 mm, se obtiene los siguiente valores:Calcular:Curva tensin-deformacin ingenien]Curva tensin-deformacin realCoeficiente de endurecimiento por deformacinCoeficiente de resistencia

Solucin:El primer paso es calcular las tensiones y deformaciones reales e ingenenles,iCFiCrcrr0,0000000,000,0000000,000,001226101,860,001225101,980,002454203,720,002451204,220,003696305,580,003689306,700,010000356,510,009950360,050,027000407,440,026642418,290,058000458,370,056380484,210,068000470,590,065788501,55

e: Deformacin ingenieril, ai: Tensin ingenien! (MPa), er: Deformacin real, cr; Tensin real (MPa).Una vez calculado los valores se dibujan ambas curvas:

DeformacinCurva ingenien! Curva reaI

A continuacin se representan los valores de tensin-deformacin a partir del lmite c lstico en una grfico log o - Uig e, para calcular n y K:

n = 0>1691K= I:'8954= 785,96Descargado de Google BooksFabricacin por deformacin plstica\99

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Trabajo de deformacinEl rea bajo h curva tensin deformacin es una medida de la energa por unidad de volumen necesaria para deformar el material. Aunque una pequea parle de esta energa se recupera debido a que el material prsenla una ciena deformacin elstica, la mayor parte es gastado en el trabajo de deformacin plstica (ver Figura 6. 6).

Cl *:Figura 6.6 Trjbuj realizado en curta lensiii-dcformacin

ll trabajo total realizado es:

Lcu:id6n 6.18Si empleamos la ley de Hollomon como la funcin matemtica que representa lacu rva tensi n 'de format ion la tcuac in 6.18 nos queda:

F.cucinn 6,1 VIntegrando esta expresin obtenemos la expresin que nos indica el trabajo necesario para obtener la deformacin k.U -W + lEcuacin 6,2Qn el caso de materiales que presenten un endurecimiento por actitud pequeo se puede representar mediante un modelo rgido plstico* de tal forma que el trabajo necesario es:

Ecuacin 6,21K

Donde tTf es la tensin de fluencia media.El'uncin 6.22Capitula 6200Descargado de Google Books

Capitula 6#Descargado de Google Books



El trabajo calculado a partir de las expresiones anteriores representa el trabajo terico para realizar la deformacin plstica pero pan determinar el trabajo real tenemos que tener en cuenta otros dos factores: el primero es el trabajo de friccin (Ui.) que es la energa gastada entre el material que se esta deformando y la matriz y el contenedor, En segundo lugar tenemos el trabajo redundante (Ur) que es el trabajo realizado en la pieza pero que no contribuye al cambio de forma deseado. Lste efecto se puede observar en la figura 6. 7. Si consideramos una porcin del material cercano a la pared del contenedor se aprecia que este elemento es sometido a do.s deformaciones una para entraren Lu matriz y otra para salii que no contribuyen al cambio de forma deseado.

Finura 7 Trabiio redundante cu nm opcrsiekiii ilc cMnjsin.

As teniendo en cuenta estas contribuciones, el trabajo total realizado para una deformacin plstica dada ser:Fcitacin 6,23As mismo podemos definir La eficiencia del proceso comor) -Fciiadn 6.24i O II.Vil u...Aunque una porcin del trabajo realizado (5-10%) queda almacenado como energa elstica (tensiones residuales) y como un incremento de la densidad de dislocaciones, el resto es disipada en forma de calor. As el incremento de temperatura durante el proceso de deformacin es:IJA7" mrltFciiurirtnJedonde ci es la densidad y c es el calor especifico del material.Descargado de Google BooksFabricacin por deformacin plstica\99

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Deformacin en fro y en calienteLos procesos de deformacin plstica se pueden realiza; a distintas temperaturas dependiendo del tipo de maten!, tolerancias, acabildo superficial, etc, La temperatura a |a cuul hay que trabajar depende del tipo de material y no hay una temperatura en valor absoluto que marque la frontero entre fri y caliente. Por ejemplo una temperatura de 400CJC en acero puede ser trabajo en fro, en aleaciones de aluminio puede ser trabajo en caliente. Cuando el estao se trabaja a temperatura ambiente se puede considerar un proceso de deformacin en caliente. La diferencia de trabajar en fro o en caliente no depende de una temperatura en concreto sino de la temperatura de reerstalzacin.

Cuando el proceso se realiza por debajo de la temperatura de recristalizacin el material sul're un proceso de endurecimiento por deformacin plstica, incrementndose su resistencia. Sin embargo si se liace por encima, no se aprecian cambios en las propiedades mecnicas. Cualquier endurecimiento producido por la deformacin plstica es inmediatamente eliminado por efecto de la temperatura mediante un proceso de recristalizacin.

Figura A. 8 Deformacin tu uliciite.

Ventajas trabajo en caliente:Se pueden obtener mayores deFonnacionesMenor trabajo y fuerzas para la misma deformacin (mquinas ms pequeas).Disminuye el riesgo de fracturaMayor isotmpia del materialNo existe un endurecimiento de! materialCapitulo 6204

Fabricacin por deformacin plstica203

Capitulo 6202Descargado de Google Books


Veniaias trabajo en fro:Mayores precisiones, tolerancia ms estrechasMej or aechado supcrfi cia IIncremento la resistencia y la durezaDireccionalidad de las propiedades mecnicasAhorro de energa

Procesos de deformacin volumtricaIntroduccinSe denominan procesos de deformacin volumtrica aquellos que el cambio de Forma producida L*n la deformacin plstica es a pros imada mente i^ual en las tres direcciones del espacio. Dentro de estos procesos destacan el laminado, la forja, la extrusin y el trefilado.

KijjtriL ft. I Protean sitlL'mrgitn

Estos procesos normalmente se aplican sobre productos semielaborados provenientes de la siderurgia integral, los cuales a partir del proceso de colada continua se fabrican las preformas de partida (planchn, tochos, palanquilla, etc.) para posteriores procesos.LaminacinLa laminacin es un proceso que consiste en hacer pasar el material a travs de dos rodillos a fin de reducir su espesor. Esta operacin se puede realizar en varias pasadas reduciendo en cada pasada un cierto espesor. En la figura siguiente se muestra un esquema del proceso de laminado en dos etapas.

Figura 6.10 Proceso de laminacin en dos etapas Reduccin del espesor (d) en funcin del espesor inicial (ho) y el espesor final (hf):

d hft hfEcuacin 6.26Tambin se puede dar como tanto por ciento de reduccin% d =100Ecuacin 6.27KReduccin mxima de espesor sin deslizamiento entre la lmina y los rodillos, en funcin del coeficiente de rozamiento (p) y el radio de los rodillos (R):/ - R U2Ecuacin 6.28maximaDurante el proceso de laminacin la velocidad a la cual giran ambos rodillos y la velocidad de avance el material, son de vital importancia para el proceso.Observando la Figura 6. 11 se puede ver que tenemos tres velocidades:Velocidad del rodillo (Vr)Velocidad de entrada del material (Vo)Velocidad de salida del material (Vf)

Figura 6. 11 Velocidades en la laminacinSi suponemos que durante el proceso de laminado no hay variacin del ancho de la chapa (bu = b,) y que el flujo de material (volumen de material por unidad de tiempo) se tiene que mantener constante. Para mantener el flujo de volumen constante, la velocidad del material es mayor a la salida:Ecuacin 6.29h0- v0=hf vrLa velocidad del rodillo es constante y debido a esto, existe deslizamiento entre el material que se esta laminando y el rodillo. Solo en un punto se igualan las velocidades del rodillo y la chapa. A este punto se le llama punto neutro o de no deslizamiento. A la izquierda de este punto el rodillo de mueve ms rpidamente que el material y a la derecha al contrario.Las fuerzas de friccin que aparecen debido a la diferencia de velocidades son de distinto sentido. A la izquierda estas fuerzas tiran del material hacia dentro de los rodillos y a la derecha del punto neutro intenta impedir la salida del material.Anlisis de la laminacin de perfiles planosDurante el proceso de deformacin en el laminado, los rodillos estn en contacto con la chapa a lo largo de un ngulo de contacto a. Estos rodillos ejercen una fuerza que dividida por el rea de contacto crean la tensin necesaria para producir la deformacin del material.

Deformacin real producida en la laminacin:F.cuacin (LIOUna ecuacin para determinar para determinar esta fuerza necesaria seria la siguiente:

Copyrighted materialEcuacin 6.31Capitili 6206Descargado de Google Books

Fabricacin por deformacin plsticj207Descargado de Google Books




F: Fuerza de laminacin, para mantener los rodillos a la separacin adecuada, b: Ancho de la chapaL: Longitud del arco de contacto L ^R {j\ - hf) pm: presin mediaA partir de la ecuacin anterior se puede calcular la fuerza mediante una Enaproximacin en funcin de la tensin de fluencia media cr r =y aplicando el' n + 1criterio de energa de distorsin al estado de carga biaxial o plana que se produce debido a la presin de los rodillos y las fuerzas de rozamiento, quedando la expresin anterior como:2 F = j= cr f L bEcuacin 6.32V3 7Se pude estimar que la fuerza de laminacin F acta desplazada del centro de giro de los rodillos la mitad del arco de contacto L, por tanto el momento torsor que debe realizar cada rodillo es:Mt = 0,5 F LEcuacin 6.33Y la potencia de cada rodillo: Pot = Mt Vr / REjercicio 6.2. Calculo potencia en los rodillos en la laminacinSe quiere laminar en fro una chapa de aluminio EN AW 6061-0 ( K= 175 MPa y n = 0,2) de ancho 225 mm. El espesor a la entrada de los rodillos es de 25 mm y a la salida de 20 mm. La velocidad de los rodillos es 100 rpm y el dimetro 300 mm. Que potencia es necesaria en el rodillo?.Solucin:Reduccin:d = ho - hf = 25-20 = 5 mm20Deformacin:e - ln = 0,223^ .. , - Ke" 175-0,223o-2 -Tensin de fluencia: 07 ==; a/ = 108, \ MPan + \1,2Longitud del arco de contacto: L = (300 (25 - 20))'2 = 38,73 mmp,uerza en cada rodillo: F = - JL 108,1 106 3 8,73 1 06 225 1 06 = 1087 KNMomento Torsor de cada rodillo: Mt = 0,5 1087 103 38,73 10 J = 21049 Nm

Potencia de cada rodillo:IVI = 21049 100 2 k /60 = 220,4 KW (300 C V)Potencia total de la mquina:440,8 KW (600 CV)

6.2.2.2 Mtodos de lumi tincinClasificacin de los mtodos de laminacin:L imi [tu do planoLaminado de formas: Rodillos con forma, laminado de tubos sin costura, reduccin de dimetro de tubos, laminado de lubos sin costura.

Las distintas tcnicas de laminacin plana responden a las (listinias configuraciones de los rodillos. La laminacin inicial de (os lingoles producidos en la colada continua se suele hacer en trenes dos formados por dos rodillos reversibles. Ln este caso los lingotes pasan varias veces en uno y otro sentido hasta conseguir la reduccin deseada. El tren tro emplea tres cilindros y el material puede pasar varias veces hacia ambos lados sin invertir el movimienlo de los rodillos.En lu Figura 6. 12s.tr muestra un esquema de ambos procesos.

Figura 6.12 tarninaciun do y trio

Las primeras fases del laminado se realizan haciendo pasar varias veces el material por los laminadores de desbaste. Para oblencr las piezas finales en forma de perfiles, chapas y flejes se hace necesario el empleo de Irenes de laminacin con varios parares de rodillos colocados sucesivamente.Cuando es necesario obtener mayores reducciones como en el taso Je chapas muy delgadas o films es necesario el empleo de Irenes de laminacin con rodillos muy pequeos, lo que obliga a colocar otros rodillos de respaldo. Un ejemplo tpico de estos laminado res es el Sendzinnr.

Forja6.2.3La forja es un proceso de conformado de metales usado para producir grandes cantidades de piezas, como en el caso de cigeales para la automoein. TI proceso de forja confiere a la pieza buenas propiedades mecnicas debido a la orientacin de los cristales (librado). El proceso se basa en la aplicacin de un esfuerzo unidireccional que. convertido en mltiples esfuerzos en diversas dilecciones por efecto de la forma de la matriz, permite deformar piezas en bruto. Dichos esfuerzos son repetidos y continuos.Captulo 6

Captulo 6

Las piezas forjadas pueden serie de gran tamao o pequeras y pueden ser aplicado a distintos tipos de metales, acero (cigeales), latn (vlvulas y elementos de fontanera), tungsteno (toberas de cohetes) o aluminio (elementos estructurales de los aviones).El proceso de forja puede resumirse en:calentamiento hasia la temperatura de fotjaoperacin de fot ja (accin de esfuerzos)enfriamiento a tempera ma ambiente.El calentamiento del material, total o parcial, su hace en fraguas o en hornos de forjas. Estos ltimos son los usados industria Emente y consisten en cmaras construidas de ladrillos o piezas refractarias,

6.2*3.1Anlisis del for jado

DmiciuionDiiil'eisuiiRl-uIr=.Liconsiderando buncialesfinales.. ..nHfftiSn

Figura ft, l Dimensiones iniciales > finales 1 cvicas, y deformacin dwisiilerando la friccinDimensiones: Iniciales Dimetro inicial Do (o longitud de contacto mxima con la matriz) y altura inicial It. Finales: Dimetro final D (o longitud de contacto mxima con la matriz) y altura final br.Deformacin real (e)e - In bfTensin de fluencia para lograr la deformacin real (a): a t = A' e"Fuerza de forjado (F)F = Af 1%) Si es posible la operacinFuerza de em bu t ido446,7 KN (46 Tn)Fuetea de sujecin140.5 KN (16 Tn)

Tipos de embuticinEmbuticin con elastmeros

Una modificacin del proceso de embuticin es emplear matrices elastomericas deformables. En este caso al comprimir la chapa entre el elastmero y el punzn la chapa se adapta a la geometra del punzn generado la forma deseada.

Figura 6. 31 Embuticin con elastmeros

RepujadoLa entalla es un proceso donde la chapa se presiona contra un mandril que se hace girar en un tomo. Este proceso se emplea para piezas sencillas y conllevan un trabajo manual considerable.Mandril rotatorioPieza final

ai %Herramienta rotatoriaFigura 6. 32 RepujadoEmbuticin por estiradoEste proceso se emplea para obtener formas sencillas de chapa. Se realiza sujetando los bordes de la chapa y estirndola hasta que se comienza a deformar. Posteriormente se va adaptando a una matriz con la forma deseada.Chapa cir cullarCaptulo 6230

Fabricacin por di;formacin plstica231Descargado de Google Books


H druconfurmadnti hidrocon formado emplea la fuerza producida por el agua o un fluido a presin para generar la geometra deseada. Hay dos tipos de elementos donde se aplica el hidrocon forma do; tubo y chapa,El h id roconfo miado de tubos se empela cuando se necesitan geometras muy complejas. F.l material de partida es un tubo sin costura fabricado por deformacin en fri. Esta prefonna se introduce en una matriz cerrada, para posteriormente introducir el fluido a presin por el extremo, deformado el tubo y adaptndolo a las paredes de la matriz. Un ejemplo de esta tcnica son las uniones eti T para tuberas de cobre.La pie/u se puede realizar de dos maneras: I) Deformando la chapa en una matriz por efecto de la presin y 2) la chapa se deforma por un punzn contra un fluido baja presin.

Hguni *- 33 Hidrocon fonn,ido di tubos

DobladoEl proceso de doblado consiste tal y como se ilustra en la Figura 6. 34 consiste en aplicar presin sobre la chapa dentro de una matriz con el ngulo de doblado buscado hasla deformar Ja chapa permanentemente (Doblado en V),

lis una operacin que se realiza sobre plancha metlica y consiste en darla una forma curva, con un radio muy pequeo, a modo de doblez. Las mquinas usadas son de dos tipos: dobl adoras de barm y prensas de doblar.El doblado puede ser simple o mltiple. En el primer caso la chapa se apoya en dos puntos equidistantes del punto de doblado en el que se realiza el esfuerzo hasta completar el ngulo deseado segn la forma de punzn. En el caso deque el dobladosea mltiple se debe estudiar los desplazamientos de la chapa cuidadosamente ydisponer la operacin de manera que pueda adaptarse libremente a la forma de la matriz, evitando agarres y esfuerzos innecesarios.

Figura 6.34 Proceso de doblado en V

La herramienta de stas mquinas son barras, a modo de matrices, del perfil adecuado para producir el ngulo deseado; al bajar la matriz superior presiona la plancha sobre la matriz inferior adquiriendo la forma definitiva.El doblado tambin se puede realizar en el extremo de la chapa, doblado de bordes, en este caso, es necesario la utilizacin de un aprieta chapa.Anlisis del dobladoPieza

Matriz y punznAFigura 6. 35 Esquema y variables del doblado

A ngulo de la pieza R Radio de la pieza t Espesor de la piezaAd ngulo dobladoAp - Rp ngulo y radio del punznb Ancho de la piezaincremento de longitud del arcoEcuacin 6.59A = A. {R + K, /) 360 '1 kL Coeficiente de estirado al doblar; (}T5 paro R/t >2 y 0,33 para R/t >2

La recuperacin clstica dd material aumenta el ngulo de la pieza (A), disminuyendo el ngulo de doblado (Aj).Ucu acin lp,lhEsta recuperacin elstica se puede evitar:Sobredoblado: TI ngulo y el radio de la matriz-punzn sean mayores a los que deseamos obtener en la pieza (Ap > A, FL, > R).Hondeando: Aplastar o de formar plsticamente la pieza aJ tina) del doblado reduciendo el espesor, ;i semejanza de un forjado.

Fuerza de doblado

DEcuacin i.fsl(Tina* la resistencia mxima del materialD Ancho del punzn del doblado en V y abertura entre punzn y matriz para doblado (Je borde (D = Juego + RnumL:+ R?miu^)K.j Coeficiente de doblado: 1,33 para doblado en V y 0,33 para doblado de bordeSe desea obtener la pieza de la figura cao espesor 3 mm y ancho 45 nun en unEjcrcici 6.7. Calculo de tu fuerza de doblada

y la fuerza de doblado con un punzn de 25 mm de ancho.

45

Solucin;b,212 mm 71,27 mmIncremento de longitud del arco (Aj 60) Longitud de la pieza sin doblar9265 N (1 Tu)aterialicrechos de autorFuerza de doblado

Tipos de doblado

Doblado en V medanle plegadorasDoblado tic bordes: Ribeteado, rebordeado y engargolado mediante punzones giratorios

derechos de autoDoblado con rodillos: Continuo en trenes de laminacin o discontinuo pura doblado de lubos

Figura fi. 36 f-M^uem de doblado medanle iren de rodillos par obtener seccin en U

Finura (i, 37 Esquema transversal y fotografa do tren tic rodillos de doblado

CorteEl punzonado es una operacin de corte de chapas o lminas, generalmente en fro, mediante un dispositivo mecnico formado por dos herramientas: el punzn y la

matriz. La aplicacin de una fuerza de compresin sobre el punzn obliga a ste apenetrar en la chapa, creando una deformacin inicial en rgimen elastoplstico seguida de un cizallado y rotura del material por propagacin rpida de fisuras entre las aristas de corte del punzn y matriz. El proceso termina con la expulsin de la parte cortada.

Figura 6. 38 Proceso de doblado

En el proceso de punzonado se pueden considerar tres etapas Figura 6. 39:Deformacin: los esfuerzos del punzn sobre la chapa metlica, originan en sta una deformacin, inicialmente elstica y despus plstica, alrededor de los bordes del punzn y matriz.Penetracin: los filos de corte del punzn y matriz penetran dentro del material, producindose grietas en el material debido a la concentracin de tensiones a lo largo de los filos de corte.Fractura: las grietas originadas a uno y otro lado de la chapa se encuentran, originando la separacin del material. Asimismo, el punzn contina su descenso para expulsar el recorte. El juego de corte entre punzn y matriz, permite la penetracin del punzn en la matriz y la expulsin del material cortado.

DeformacinPenetracinErictxm.Figura 6.39 Fases punzonado

Anlisis del corteLa fuerza de corte varia en funcin del juego entre la matriz y el punzn (normalmente entre el 4% y el 8% del espesor), manteniendo los dems parmetros constantes. Esta fuerza puede dividirse en dos partes claramente diferenciadas: una primera en la que la fuerza aumenta desde cero hasta su valor mximo, punto ste correspondiente al inicio de la fractura, y una segunda en la que las grietas crecen y se completa el corte del material.

Fuerza de corteFc = Tc AcEcuacin 6.62donde xc es la resistencia al corte (normalmente xc = 0,7 arotura )y Ac es el rea de corte calculada a partir del espesor de la chapa t y pc el permetro de corte:A = / Ecuacin 6.63erey tc incluye los efectos del juego de corte, desgaste de la herramienta y la influencia de otros parmetros, como las propiedades del material, espesor y forma del contorno del punzn.Tamao del punzn y de la matriz en funcin del juego:Para perforado: La pieza a realizar tiene un hueco

Tamao del punznDpunznTamao de la matrizDmatHz = Dpunzn + 2 juegoPara punzonado: Obtener por corte la pieza, la parte til es la separada de la chapa

Tamao de la matrizDmatmTamao del punznDpunzn = Dmatriz - 2 juegoEjercicio 6.8. Calculo de la fuerza de corteSe desea obtener una pieza circular de dimetro 75 mm y espesor 3 mm por corte, siendo el material una acero de bajo %C con resistencia a la rotura de 300 MPa. Calcular la dimensiones del punzn y de la matriz, y la fuerza de corte. Tomar un juego del 7,5% del espesorSolucin:Dimensiones del la matriz75 mmDimensiones del punzn (Juego = 0,225 mm)74,550 mmFuerza de corte (permetro de corte 235,6 mm)148,5 KN (15 Tn)Descargado de Google BooksCaptulo 6234

Descargado de Google BooksFabricacin por deformacin plstica235


Tipos de corteCizallado o guillotinado: procedimiento de corte progresivo de corte lineal, a modo de corte realizado con tijerasPunzonado, para realizar piezas con huecosPerforado o perforado mltiple, para obtener piezas cortando su permetro a partir de una cahpaTroceado o corte en trozos

Muescado o coite en bordes

Figura fi. 40 Ejemplos de piezas obtenidas por corte

Ejercicios propuestosEjercicio 6.9Mediante un proceso de extrusin directa se fabrica un perfil de seccin circular de aluminio EN AW 6082-0. Sabiendo que el dimetro inicial del material de partida es de 300 mm y el final 50 mm y que el trabajo redundante es un 40% del trabajo ideal de deformacin y el trabajo de friccin es un 50% del trabajo redundante. Calcula la fuerza necesaria en el cilindro hidrulico para realizar este proceso. Datos: K= 260 MPa, n= 0,18

Ejercicio 6.10Explicar en que consiste el hidroconformado y sus ventajas respecto la embuticin. (Realizar un esquema del proceso)Ejercicio 6.11Se quiere conocer la potencia necesaria para el laminar una chapa para la posterior fabricacin de un cap de un automvil, partiendo de un espesor de 3 mm para llegar a un espesor de 1,5 mm, con un ancho de 2,6 m.Material: Acero de bajo % de CCoeficiente de resistencia500MPaCoef. de endurecimiento por deformacin0,25Mquina: Radio de los rodillos300 mmVelocidad de rotacin60 rpm Coef. de rozamiento con acero 0.15Es posible realizar la laminacin en esta mquina (deslizamiento hacia delante)?.Potencia total en el molino de laminacin.

FJercio ft, 12F n la figura se representa la pieza que se desea oh tener por corte y punzonado de chapa, la pieza se realiza con una mairie de dos pasos o dos etapas, segn so muestra en la figura du la banda.

i

Oir 1530irO

Dimetro de lus dos

. 15 >204aujcros 8 mni

1# Etapa: Los 2 agujeros y un corte de paso de banda (longitud pieza + 5mm) 2* Etapa; Corte del permetro de la piezaO\OAlimcnlajcinBarnla

(corte de cada etapa marcado con lincas ms gruesas)Datos: Material Chapa de acero de 4 mtn de espesorResistencia al corte 400 N/mm2Cul es la fuer necesarhi de la prensa?Capitili ti 6224

Capitili ti 6224

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BibliografaTecnologa Mecnica y Metrolecnia. II. Arias y Jos ML Laslieiits. Donostierra. San Sebastian 1987.

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procesos industriales para materiales metalicos 01

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