Manufactura

Resumen Manufactura
Formado de Metal y trabajo de metales:
1.Deformación Volumétrica: 2 tipos de trabajo mecánico:
-En frío: grandes fuerzas, esfuerzo propio del metal se incrementa.
-En caliente: pocas fuerzas requeridas, propiedades mecánicas cambian moderadamente.
1.1Efecto de la T° en las propiedades:
Los materiales tienen mayor maleabilidad y una menor resistencia a una mayor T°.
-Eleva ductilidad y la tenacidad
-Reduce esfuerzo de fluencia y el modulo de elasticidad.
-El aumento de la T° favorece la deformación plástica.
-Las bajas T° favorecen la fractura.
-Tensión fluencia disminuye al aumento de la T°
-Resistencia a fractura casi independiente a la T°.

1.2Trabajo en caliente:
Ventajas:
-No existe tendencias al endurecimiento por trabajo mecánico.
-La porosidad es considerablemente eliminada
-La forma de la parte de trabajo se puede alterar significativamente.
-Menor potencia para deformar el metal
-Propiedades físicas generalmente mejoran
-Ductilidad y resistencia al impacto se perfeccionan, gran homogeneidad
Desventajas:
-Mayor requerimiento de energía
-Oxidación de la superficie de trabajo
-Acabado más pobre y menor duración de vida de la herramienta

1.3Trabajo en Frío:
Ventajas:
-Mejor precisión, tolerancia más estrecha.
-Mejora acabado de la superficie
-El endurecimiento por deformación aumenta la resistencia y la dureza de la parte.
Desventajas:
-Mayor potencia.
-Se debe tener cuidado por incrustaciones y suciedad en las superficies de la pieza.
-La ductilidad y el endurecimiento limitan la cantidad de formado que se puede hacer a la pieza.

1.4Trabajo en Tibio:
-Por debajo de la T° de cristalización
-Fuerzas más bajas y menor requerimiento de potencia.
-Posible trabajo más intrincados.
-Se puede eliminar o reducir la necesidad de recocido.

1.5Formado Isotérmico:
-Materiales especiales de altas T°
-Consiste en eliminar el enfriamiento superficial y los gradientes térmicos mediante precalentamiento de las herramientas
-Disminución de la vida de la herramienta

1.6Tensión y Deformación real:
Tensión real = s = F/A
Deformación Lineal = e = (l-lo)/lo
Deformación Natural = de = dl/lo e=ln(l/lo)
Reducción de área = r = (Ao-A)/Ao e=ln(1/1-r)
Esfuerzo real o deformación real =s=K*eⁿ
K: coeficiente de resistencia
n: exponente de endurecimiento por deformación, pendiente n=a/b
Esfuerzo de fluencia promedio= gf = (K*eⁿ)/1+n
e=v/h, v: velocidad del cabezal, h: altura
Mayor velocidad de deformación, mayor resistencia de deformación
Esfuerzo de fluencia= gf = C*e^m
C: consistencia de resistencia, e=1, m: exponente de sensibilidad a la v de deform
Disminución de C, aumento de la T° del metal
Aumento de m, aumento de la T°, el material se alarga más antes de romperse

2.Procesos de Laminación:
Modifica la sección transversal en forma de barra, lingote, placa, alambre, tira, etc. Por pase entre cilindros (planos) o conteniendo canales (no planos, L), tallados de manera compleja. Distancia entre los dos cilindros debe ser menor que el espesor inicial de la pieza metálica.

Deformación Plástica:
Se parte con material en estado sólido, se comprime o estira hasta adquirir la forma deseada.
Diferencia de T°= caliente >0,5Tm, tibio >0,35Tm, frío <0,35Tm
-Alta productividad y control dimensional del acabado bastante preciso.
-La reducción inicial se produce en caliente para transformarlo en placas, rieles tubos etc.
-Luego la laminación en frío, para excelente acabado superficial, buenas propiedades mecánicas y control dimensional riguroso.

Laminador Plano:
Reducción de espesor: Draft = d =to-tf
Reducción = d/to
Draft máx = R*µ², mfrío = 0,1, mtibio = 0,2, mcaliente= 0,4
Esfuerzo real = e = ln(to/tf)
Longitud de contacto de los cilindros: L = ÖR(to-tf)
Fuerza de rodillos = F = gf*w*L, w: ancho de banda
Esfuerzo de fluencia promedio gf=( K*eⁿ)/1+n
Potencia= 2*p*n*F*L/396.000 Hp
= 2*p*n*F*L/60.000 Kw

Forma de reducir Fuerza y Potencia:
-Laminar en caliente para reducir coeficiente de resistencia y de endurecimiento
-Reducir el Draft de laminación
-Utilizar diámetros menores del laminador de trabajo
-Menos revoluciones para disminuir la potencia
-Aplicar tensiones a la lamina

Laminador en Caliente
-Laminador devastador: duo reversible, también se utilizan los universales para mejor terminación
-Producto: tolerancias amplias superficie con óxido, rugosidad entre 500 y 1000m
En caliente: chapas gruesas, láminas estiradas y bobinas
En frío: bobinas tajadas, bandas, bobinas de laminación, chapas finas

Linea de laminación en caliente:
-Horno de recalentamiento: a T°1300°C app
-Descamador dúo: con el fin de eliminar las escorias superficiales.
-Laminador universal cuarto reversible: sufre las mayores deformaciones reduciendo espesor.
-Rten de laminación: sigue reduciendo su espesor, obteniendo una banda de acero laminado en caliente.
-Se cortan las laminas en caliente rectangulares, bobinas tajadas y flejes, si no pasa por este proceso, pasa directo al laminado en frío

Laminador de forma: bigas I, perfiles y rieles.
Otras operaciones:
-Laminado forjado, forjado de rodillo
-Laminador inclinado: casi siempre esféricas
-Laminador de anillos: se ahora metal, orientación de granos, endurecimiento en F
-Laminador de rosca: alta producción, ahorro material, orientación del material, superficie fija, mayor resistencia a la fatiga por deformación de compresión.

Laminación en Frío:
-Láminas y flejes con acabado superficial y con tolerancias superiores al LC.
-El endurecimiento resultante puede aprovecharse para mayor resistencia
-Laminación continua, alta capacidad y bajo costo de producción.
-Reducción de 50 a 90%

Etapas del proceso:
-Línea de decapado continuo
-Laminado en frío (tándem) laminadores reductores
-Línea de limpieza electrolítica
-Baterías de horno de recocido, tratamiento térmico para recristalización, estático
-Líneas de recocido continúo: recristalización, dinámico.
-Laminadores de temple: pierde prop mecánicas en recocido, las recupera ahora.
-Líneas de trabajo en frío: permite cortar longitudinalmente.

Proceso del estaño:
-Líneas de preparación de bobinas
-Líneas de estaño y cromado electrolítico
-Líneas de corte de hojalata

Laminador de tubos sin costura:
-Horno para darle calor
-Empujado por 2 rodillos de perforado
-Tren de rolado
-Carretes
-Rodillos de calibrado

Laminador continúo de tubos:
-Perforado y transportado
-Al mandril laminador, reduce tamaño y espesor ( 9 estaciones)
-Calentado
-Laminadro- reductor- estirado (12 estaciones) reductor: espesor y diámetro

Forjado:
Proceso de deformación donde se comprime el material entre dos dados.
Forjabilidad: capacidad de un material de sobre llevar una deformación sin romperse.

Conformado en caliente: mediante grandes presiones:
-Intermitente (golpes)
-De forma continua ( prensado)
Dos posibilidades:
-Forja libre ( martillo y yunque)
-Forja con estampa (matrices)
Aumento de resistencia de las piezas
Efectos forja: eliminar cavidades, afinar el grano.
Ventajas del forjado: alta velocidad, mayor resistencia y orientación de granos de metal, conservación del metal.

Forjado dado Abierto: altura se reduce por compresión.
Fuerza max de operación = F = Kf*gf*A
A = p*D²/4
Deformación Unitaria = e = ln(ho/h)
Esfuerzo de fluencia = gf = K*eⁿ
Factor de forma(dado abierto) = Kf =1 + (0,4*µ*D)/ho

Forjado con dados: a altas T° ya que es mas maleable
Kf
6---- formas simples con rebaba
8---- formas complejas con rebaba
10--- formas muy complejas con rebaba
Sin rebaba
6---- acuñado
8---- formas complejas

Forjado sin Rebaba: forjado de precisión
Vol del material = Vol de cavidad
(aluminio, magnesio y aleaciones)

Recalcado o Recabezado: extremo de una varilla o alambre redondo
Cabezas de tornillos, pernos, remaches, clavos y además sujetadores.

Forjado Rotatorio: barra sólida o tubo se somete a fuerzas de impactos radiales, por serie de dador que giran alrededor de la pieza.
-Extrusión: se reduce el diámetro y/o espesor del tubo con uso de mandriles internos o sin el.

Materiales dados: aceros de herramientas: cromo, níquel, molibdeno, vanadio
Lubricación dados: forja caliente: grafito, bisulfuro de molibdeno, vidrio
Forja frío: aceites minerales y jabones a la pieza.

EXTRUSIÓN: formado por compresión, metal de trabajo esforzado a fluir a través de la abertura de un dado.
Características principales:
-Necesidades de grandes fuerzas de prensado
-Grandes reducciones de sección
-Proceso por el cual se modifica la geometría del cuerpo
Ventajas:
-Se puede extruir con gran variedad de formas, especialmente en caliente
-Estructura del grano y resistencia mejoran
-Posibles tolerancias muy estrechas, extrusión en frío
-Poco o ningún material de desperdicio.
Tipos:
-Directo: extruido en el mismo sentido del avance del émbolo. Con cascara para reducir el roce y eliminar superficie contaminado.
-Inverso Indirecto: en sentido contrario al avance, no hay roce. Limitado para barras y tubos, no permite la obtención de productos con secciones reducidas.
-Hidrostático: transmisión de presión al tarugo mediante un fluido hidráulico. Posibilidades de grandes reducciones de sección en frío debido a la reducción de la fricción.
Extrusión en caliente: para productos continuos semi acabados y acabados, grandes reducciones de sección en una sola etapa. Productos con longitud limitada.

Extrusión en frío: (bajo techo) piezas precisas, pequeñas reducciones de sección. Compite con la colada (extrusión más resistente y ligeras, no son porosas o frágiles) y la forja.
Ventajas:
-Mejores propiedades mecánicas
-Buen control de tolerancia dimensional
-Mejor acabado superficial
-Eliminación de la necesidad de calentar la palanquilla
-Capacidad y costos de producción competitivos.

Materiales para dados de extrusión:
Caliente: alta resistencia al desgaste, dureza en caliente, alta conductividad térmica para remover el calor.
Frío: resistencia al desgaste, buena disposición para retener su forma bajo esfuerzo.
Prensas hidráulicas:
Horizontales ---- caliente
Verticales ----- frío.
Análisis de Extrusión:
Relación de extrusión: rx = Ao/Af
Deformación ideal sin fricción y sin trabajo redundante
Deformación unitaria = e =ln(rx) con fricción = ex = a+b*ln(rx) a=0,8 y b= 1,2 a 1,5
Presión de Aplicación = P = gf*ln(r)
Esfuerzo promedio de fluencia = gf = (K*eⁿ)/(1+n)

Efecto Forma de Orificio:
Kx = 0,98 +0,02*(Cx/Cc)^2,25
Cx: perímetro de la sección transversal extruida
Cc: perímetro de un círculo de la misa área que la forma extruida.
Presión: indirecta: P = Kx*gf*ex
Directa: P = Kx*gf*(ex+(2L/D))
Fuerza = P*A
Potencia =F*V
Área extruida = completa - la parte que se saca
Área del circulo equivalente = p*D²/4= área extruida
P circulo = Cc= D*p

Extrusión por Impacto: la mayoría trabajadas en frío
Ventajas:
-Alta velocidad y carreras cortas
-El punzón golpea mas que presión
-Grandes reducciones

Estirado: la sección transversal se reduce al tirar el material, de barras y de alambre
Reducción de alambre = (Ai-Af)/Ai
Para diámetros grandes y barras d=Do-Df
Ventajas:
-Estrecho control dimensional
-Buen acabado superficial
-Mejora propiedad mecánica, dureza
-Producción en lote o más

Análisis:
Deformación unitaria: e = ln(Ao/Af)= ln (1/1-r)
Esfuerzo aplicable: s = gf¨*e= gf* ln (Ao/Af)
Fuerza requerida: F= Af*sd= Af* gd*(1+(µ/taná))*ö*ln(Ao/Af)
Ö= 0,88+12*(D/Lc)
D= (Do+Df)/2
Lc= (Do-Df)/(2*sená)
Trabajo de Láminas Metálicas:
Troquelado o estampado, sin producir virutas, se cambia la forma geométrica
1° corte o punzado (frío)
2° doblado y/o curvada (frío)
3° embutido (frío o caliente)
Trabajo en frío: alta resistencia, buena presencia dimensional, buen acabado superficial, bajo costo relativo.

Corte: por acción de cizalle entre los bordes afilados de corte
Prensa: cizalle, punzonado( la lámina debe tener espesor menor o igual al diámetro del punzon), perforado
Tajado y Ranurado: se puede tajar pasando la banda en forma continua por los rodillos
Punzón: diámetro agujero = Db
Diámetro punzón = Dh
Diámetro del punzón = Db - 2c
C: claro = distancia dado y punzón = C = a*t (tolerancia*espesor material)
Fuerza de corte: F= æ*t*L (resistencia*espesor*long del borde de corte)
Æ= 0,7*sr
Considerando roce F´=1,2*F

Doblado: deformación de un material alrededor de un eje recto, hay compresión y tracción (estirado)
A: angulo de doblado
R: radio de doblado
t: espesor
Deformación = d= 1/(2*R/t+1)
R= t*(60/r -1), Rmin= t*(50/r -1)
r = reducción del área de lámina metálica por tensión.

Doblado en bordes: ángulo de 90°, mas costoso, para trabajo de alta producción.
Doblado en V: baja producción, con prensas de continuo o plegadora.
Análisis:
Tolerancia del doblado: BA= 2*p* A/360*(R+Kba*e)
Kba: factor para el estirado R<2e--- Kba=0,33, R>2e--- Kba=0,5
Recuperación elástica: SB= A-Ab/Ab
Fuerza de doblado: F= (Kbf*sf* w*e²)/D
Kbf: factor real por doblado = 1,33
W: ancho de lamina
sf: esfuerzo tensión
D: abertura
Largo de la pieza = L1+L2+BA
Bridado: lámina se dobla en 90° para formar un borde, es para reforzar o dar rigidez, eliminar bordes agudos y mejorar apariencia.
Formado por extensión: estiramiento, la lámina se sujeta en sus bordes y se estira.
Perfilado: alta producción, velocidad de laminación < 1,5 m/s, compite con laminado en caliente y extrusión, equipos mas baratos pero MP es mas cara.
Doblado por tubos: tienden a romperse o deformarse, se utilizan mandriles, especiales para que soporten la operación
Rmin= 1,5 D, con mandril
Rmin= 3 D, sin mandril
Factor de Pared WF= D/e, WF aumenta, aumenta Rmin
Doblado por arrastre: para grandes producciones
Doblado por curvatura o con estiramiento: para radios pequeños de dobles y tubos de pared delgada
Doblado por compresión o con embutido: para grandes producciones.