Procesos que cambian la forma del material

COMPORTAMIENTO PLÁSTICO DE LOS METALES                                             

Modelos simplificados: a) Metales recocidos del sistema cúbico (aceros, alumunio, etc.. B) Metales trabajados en frio con tensión inicial Y c) Simplificación de b) para metales muy deformados inicialmente. No para recocido o ligera deformación inicial. D) Material plástico perfecto. Aproximación al proceso de deformación en caliente en torno a la temperatura de recristalización.

PROCESOS DE CONFORMADO EN FRÍO, tª de trabajo < tª de recristalización. 1. ACRITUD: Aumento de la resistencia, dureza límite elástico y de la fragilidad este efecto puede ser deseado o no 2.Hay que aplicar esfuerzos mayores , las deformaciones que se pueden obtener son menores que en caliente 3. En ocasiones hay que realizar conformados sucesivos con tratamiento térmico intermedio de eliminación de tensiones residuales y acritud 4.Se pueden obtener mejores acabados superficiales y tolerancias más estrictas. VENTAJAS: No se precisa aportar calor, Mejores acabados superficiales, Mejora la intercambiabilidad, Mejores carácterísticas mecánicas, menores problemas de contaminación, anisotropía = propiedades direccionales. DESVENTAJAS: requiere fuerzas mayores (máquinas potentes), superficie de la preforma limpia, Aumento de la resistencia por deformación, tensiones residuales

- En caliente, tª de trabajo > tª de recristalización. Pasos: limpieza > calentá- de herr > calentá- de pieza > conformado > enfriamiento > tratamientos térmicos.

SEGÚN LAS FUERZAS APLICADAS. Procesos de compresión directa: la fuerza se aplica a la superficie de la pieza, el metal fluye en ángulo recto con la dirección de compresión (forja, laminación) -Procesos de compresión indirecta; la fuerza se produce por reacción entre la pieza y el utillaje (extrusión, embutición) - Procesos de tracción el material es obligado a atravesar una matriz (estirado y trefilado) - Procesos de plegado o flexión se aplican momentos de flexión a la chapa (doblado) - Procesos de cizallamiento implica fuerzas cizallantes (corte).

FORJA. proceso de conformación plástica en que se somete el material a grandes presiones - que actúan en forma continua —> prensas - que actúan de modo intermitente > martillos. Las piezas pueden resultar acabadas o ser preformas para otras operaciones ·La forja se realiza generalmente en caliente ·En frío para conseguir aumentos apreciables de dureza y resistencia ·La acción compuesta de la energía calorífica y mecánica permite: - reducciones de sección considerables - modificar la macroestructura => efecto fibra ·Forja en frío se aplica a metales que: - no conviene calentar, porque es costoso o porque no es deseable - piezas pequeñas que se enfrían rápidamente. FORJA CON ESTAMPA. Las matrices controlan el flujo plástico del metal, la conformación es total, a veces hay que emplear expulsores: Estampa semicerrada se forma rebaba y Estampa cerrada no se produce rebaba. Se suele realizar por etapas con forjas intermedias APLICACIÓN - Se pueden forjar piezas muy diversas en forma y tamaño - Se produce una estructura fibrosa favorable Características DE LOS PRODUCTOS - Tolerancias aceptables - Calidad superficial buena se puede mejorar con un proceso adicional. POR RECALCADO: no tiene rebaba, se aplica a cabezas de pernos, tornillos. EN FRÍO: metal es comprimido dentro de la matriz que le confiere la forma deseada Aplicación: Alto aprovechamiento del material, producciones masivas Carácterísticas: Excelentes propiedades mecánicas, buen acabado superficial DEFECTOS: 1.Grietas y plegado en zonas excesivamente trabajadas, materiales frágiles en caliente, temperatura baja. 2.Tensiones residuales se eliminan con un recocido 3.Falta de penetración cuando la deformación solo afecta a las capas superficiales, 4.Pandeo, 5. Abarrilamiento: se forman grietas por rozamiento

TIPOS DE PRENSAS: Controladas por energía o trabajo  (martinetes y prensas de tornillo), Controladas por longitud del golpe (prensas excéntricas), controladas por fuerza (prensas hidráulicas). Prensa hidráulica: limitada pro la carga, vel cte, se pueda enfriar la pieza por lentitud, coste inicial alto pero escaso manteni-. Prensas mecánicas: 1.Excéntricas 2.Prensas de husillo y fricción (El esfuerzo deformador seobtiene de la energía cinética acumulada por el giro de un volante que la transmite a la maza a través de un husillo)  

Martinetes MECÁNICOS: De tabla: 1)Palanca de mando 2) Yunque 3) Martillo 4) Maza 5) Guías 6) Tope de fín de carrera 7) Tabla 8) Rodillo móvil 9) Rodillo motor. De correa 1) Palanca de mando 2) Yunque 3) Martillo 4) Maza 5) Guías 6) Correa 7) Rodillo enrollador 8) Rodillo de marcha 9) Tambor 10)Freno, De ballesta: el resorte acumula energía en la subida de la maza la cual devuelve durante el Descenso sumándose a la de aquella NEUMÁTICOS: Autocompresores, Con compresores independientes (la maza cae por su peso o peso+aire)

FALLOS EN DISEÑO DE ESTAMPAS. El material fluye en la dirección de menor resistencia, la preforma debe llenar bien las cavidades de la matriz. 2. El material no debe fluir con facilidad hacia la rebaba. 3. Hay que minimizar el desliza- entre sup de contacto entre piezas y matriz para reducir el desgaste 4. Línea DE SEPARACIÓN su mala elección afecta al flujo, la carga y la formación de rebaba 5. Ángulo DE SALIDA importante poder retirar la pieza de la estampa 3º para el Al y de 5º a 7º para acero 6. MEMBRANAS Y COSTILLAS dificultades de flujo 7. FILETES Y RADIOS si son pequeños limitan el flujo 7. REBABA su diseño provoca una acumulación de presión dentro de la estampa que facilita el llenado, la presión se controla con el diseño del campo y el canal, que permite que escape el exceso de material y evita que la carga de forjado se eleve a valores extremos

MATERIALES Y LUBRICACIÓN DE LAS ESTAMPAS Normalmente las operaciones de forjado se hacen a alta temperatura, requerimientos para el material de las estampas son : a) resistencia y tenacidad a alta temperatura b) Capacidad de endurecimiento uniforme c) Resistencia al choque térmico y mecánico c) Resistencia al desgaste. Se emplean aceros de herramientas con Cr, Ni, Mo y V, se forjan bloques que se mecanizan a su forma final , se aplican tratamientos térmicos LUBRICACIÓN Influyen en la fricción y el desgaste y por tanto en la fuerza requerida y el flujo, puede actuar de barrera térmica disminuyendo la velocidad de enfriamiento y actúa de agente de desprendimiento que facilita el desalojo de la pieza Forja en caliente: S₂, Mo, grafito, vidrio (está en estado viscoso). Forja en frío: aceite mineral, jabones.

EMBUTICIÓN. DEFECTOS EN EMBUTICIÓN. A) (flor) Arrugado pisador mal ajustado; b) (tubo ancho) Arrugado en la pared al embutir la pieza defectuosa (a); c) (medio tubo) Desgarros, esfuerzos de tracción excesivos, punzón poco redondeado; d) (tubo curvas) Irregularidades enel borde superior por anisotropía del material; e) (tubo fino)Rayas superficiales por falta de calidad superficial en punzón y matriz, lubricación insuficiente

CONFORMADO INCREMENTAL (ISF) CARÁCTERÍSTICAS DEL PROCESO Deformación incremental local de la chapa con herramienta de punta esférica cuya trayectoria se controla por C.N. VENTAJAS 1.Obtención de geometrías complejas sin la necesidad de utilizar moldes con la geometría de la pieza final 2.Orientado principalmente a la fabricación de prototipos, series cortas o unitarias y piezas personalizadas. 3. Conformado flexible 4. Reducción de costes INCONVENIENTES 1.Proceso más lento que el conformado tradicional e Tolerancias geométricas más limitadas 2. Espesores del material APLICACIONES 1.Sector aeronáutico (pequeñas tiradas, nuevos materiales) 2. Sector automoción (piezas especificas en materiales no metálicos 3.Sector prototipado rápido (aplicación a plásticos etc)

DOBLADO, ESTAMPADO Y CORTE. Doblado en V: se deforma el metal alrededor de un eje recto. Doblado en U: Se aplica un F inicial para que el metal se adapte al chaflán. Luego otra más grande para realizar el doblez y vencer el resorte de abajo. Acción lateral: para piezas pequeñas en L o U. Curvado: en la fabricación de tuvos. Arrollado: una matriz curva que va avanzando. Bordonado: Se arrolla el borde para +Rmec. Engrapado: se unen dos piezas para obtener un cierre hermético (estanqueidad en recipientes). ACUÑADO: Forjado sin rebaba se imprimen los finos detalles de los punzones en la superficie superior e inferior de la pieza, hay poco flujo de metal, las presiones requeridas son altas el proceso se aplica en la acuñación de monedas. ESTAMPADO: Formación de costillas de refuerzo, impresión de letras etc. El punzón contiene los contornos positivos y la matriz negativos CORTE: Separa pieza de la chapa (lo útil es el interior) PUNZONADO: Se practica en la chapa (útil el exterior)

FORMAS DE Distribución: Distribución normal: Se posiciona la pieza para ser cortada una a continuación de la otra, el corte se realiza con un punzón. Se emplea cuando la pieza se puede inscribir en un paralelogramo. Distribución girada Se gira la pieza de forma que la línea definida por los vértices de ambos ángulos 4, 47 se coloque paralela al borde de la banda. Se utiliza cuando la pieza puede inscribirse en un triángulo. Distribución EN HILERA Colocada en una hilera tiene menos aprovechamiento que si se utilizan dos o más, pero tienen la ventaja de 1 solo punzón. Colocada en dos hileras, los centros son vértices de triángulos equiláteros. Se emplea cuando se trata de piezas circulares o inscritas en una circunferencia. Distribución INVERTIDA O Se reduce el desperdicio de material. Se precisan dos punzones o bien pasar dos veces la banda por el troquel (el material se debilita y puede haber atascos).

Economía DE LOS PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA 1.En comparación con la forja y el moldeo la pieza estampada tienen un peso menor y buenas carácterísticas mecánicas 2.El espesor de la pieza puede ser muy pequeño > flexibilidad de diseño 3.La precisión dimensional y el acabado superficial son buenos -> generalmente no se precisan operaciones de acabado -> reducción coste de proceso 4. El tiempo necesario para iniciar la producción ( tiempo de inicio) puede ser largo si es necesario fabricar previamente los troqueles 5. El coste de mano de obra es bajo, el nivel de automatización puede ser elevado 6.El coste de herramientas y utillaje es alto por lo que se requieren tasas de producción ( cantidad de piezas producidas / unidad de tiempo) elevadas

PRENSAS Y UTILLAJES. Hidráulica: avance y retroceso por un cilindro hidráulico. Manual: se hace girar una rueda dentada que arrastra una cremallera. Excéntrica: el movimiento circular del motor se transforma en rectilíneo con un biela-manivela excéntrico. Fricción: 2 discos perpendiculares al tornillo unidos por un eje. Según el disco que entre en contacto con el volante calado en el eje del tornillo, la prensa baja o sube.

CONFORMADO DE ALTA VELOCIDAD CONFORMADO POR EXPLOSIÓN La chapa se fija y sella en la matriz practicando el vacío, el equipo se introduce en un recipiente con agua, se coloca una carga explosiva en el agua a cierta distancia de la chap la detonación de la carga produce una honda de choque cuya energía se transmite a través del agua causando la deformación de la chapa. CONFORMADO ELECTROHIDRAULICO. La onda de choque para deformar la chapa sobre la matriz se genera por una descarga entre dos electrodos sumergidos en agua, la energía se acumula en grandes condensadores que luego se transmiten a los electrodos la cantidad de energía es inferior a la empleada en el conformado por explosión, esto limita el conformado electrohidráulico a piezas de menor tamaño CONFORMADO Electromagnético La preforma se deforma por la fuerza mecánica de un campo electromagnético inducido por una bobina, la bobina está alimentada por un condensador y genera un campo magnétic que origina corrientes parásitas de Foucault en la preforma con su propio campo magnético, el campo inducido se opone al campo primario produciendo una fuerza mecánica que deforma la preforma hacia la matriz, que la rodea, es el proceso de alta energía que más se emplea, se usa para conformar piezas tubulares

HIDROCONFORMADO. VENTAJAS: Mejora en la resistencia y rigidez de las piezas Reducción del peso Reducción del coste de herramientas Menos operaciones de ensamblaje Alto nivel de reproducción Simplificación de utillajes frente a métodos convencionales Reducción de fuerzas de fricción Baja recuperación elástica Ajustadas tolerancias dimensionales INCONVENIENTES Tiempos de ciclos más lentos Equipamiento caro APLICACIONES Automoción, elementos estructurales, piezas de embutición profunda aeronáÚtica, fontanería

HIDROCONFORMADO DE CHAPA (SHF) Utilización de un fluido a presión para obligar a la chapa a tomar la forma de un punzón o una matriz + El fluido presurizado suele ser emulsión agua y aceite * Reducción de esfuerzos sobre la herramienta pudiéndose fabricar en materiales más baratos + Se pueden reducir las uniones soldadas = + Mejora de la resistencia fatiga * Reducción de peso mediante la reducción de las bridas soldadas * Se reducen los costes de utillaje. + Mejora del rendimiento mediante la reducción de los márgenes de recorte e Aplicación en estructuras y paneles de coches, trenes, Industria aeroespacial. Inconvenientes: condiciones del proceso complicadas (muchos parámetros interrelacionados entre sí de una forma compleja), maquinaria grande y costosa. Alto tiempo de ciclo, por lo que baja productividad. HIDROCONFORMADO DE TUBOS (THF) Conformado de un tubo contra las paredes de una IÓ ES matriz mediante el control independiente de: 1. Presión interna de un fluido en una preforma tubular (recta o curvada) 2. Compresión axial simultanea para evitar un excesivo adelgazamiento del espesor del tubo en las zonas sometidas a una fuerte expansión 3.Contrapresión. Se permiten diferentes cambios de sección a lo largo de la longitud del tubo, obteniéndose unas formas suaves y más rígidas. MATERIALES: Importante la calidad del material de partida dada la complejidad tensional de la operación