TEMA 2. CONFORMADO DE METALES 2.1. Trabajo en frío y en caliente 2.2. Procesos de conformado de metales 2.2.1. Forja 2.2.2. Laminación 2.2.3. Trefilación 2.2.4. Extrusión
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CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LA TEMPERATURA TEMPERATURA DEL PROCESO DE DEFORMACIÓN • •
Trabajo en caliente
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Trabajo en tibio
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Trabajo en frío
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T0,6Tf y Se recuperan las propiedades mecánicas Se elimina la estructura de fundición y los poros Se refina el tamaño de grano Prop. Material no varían con la deformación
0,3Tf
Se produce endurecimiento por deformación Resistencia Ductilidad depende del material Se distorsiona la estructura de grano
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES 2.2.1. Forja: engloba un grupo de procesos en los cuales se emplean fuerzas compresivas para producir la deformación plástica. Es utilizada en la fabricación de piezas de formas y tamaños ampliamente variables de diversos metales.
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja Proceso •
Evita o elimina porosidad
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Elimina estructura columnar dendrítica
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Ductilidad
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El material fluye durante la deformación plástica
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Las líneas de flujo deben ser // a la zona de aplicación de la carga
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja Características •
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Produce piezas discreta El material fluye y la estructura de grano puede ser controlada Las líneas de flujo siguen los contornos de la pieza final Es un método fiable para la fabricación de piezas de altas resistencias
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Forja a matriz abierta o recalcado
a) Proceso más sencillo de forja b) Las superficies de las matrices pueden tener formas cónicas o curvas c) El abarrilamiento se produce debido a que en las zonas de intercara el material no fluye libremente NOTA: en condiciones ideales un cilindro se deforma de manera homogénea. En condiciones reales se deforma de forma abarrilada.
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Forja por estampado
a) Presenta un canal de rebaba b) En la periferia hay mayor deformación y resistencia mecánica
;
c) Durante el estampado, la pieza adquiere la forma de las cavidades de la matriz d) Para obtener las formas adecuadas se deben calcular con precisión las fuerzas a aplicar, la posición de cada elemento dentro de la matriz y la tasa de deformación
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Forja a matriz cerrada o forja de precisión
a) El volumen de metal debe estar muy bien calculado b) No hay formación de rebaba; el metal se encuentra completamente encerrado por las matrices c) Se aplica en aleaciones de Al, Mg, entre otros metales no ferrosos d) Las matrices son maquinadas con más precisión que en los otros casos e) La pieza final requiere menos mecanizado f) El proceso de acuñado es un ejemplo de este proceso
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Defectos de forja
- Formación de grietas superficiales
- Para deformar aceros se busca trabajar a T donde se tenga estructura FCC
- Defectos debido al flujo de material dentro de la matriz (extrución, rechupe)
- Pliegues formados por pandeos del alma durante la forja. Sol: se aumenta el alma.
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Consideraciones para el diseño de las matrices
- Las matrices son fabricadas con aceros de herramientas o aceros altamente aleados (Cr, Ni, Mo y V) - Debe ser resistente al impacto, tener alta tenacidad y resistencia al desgaste - Debe soportar altas temperaturas y cambios bruscos de T - Sus cavidades deben ser lisas y precisas - Se deben emplear filetes y radios generosos
Círculos de Morh Distribución de la presión para la compresión de cilindros sólidos - Recalcado de cilindros - Estampado de cilindros
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2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Círculos de Morh
Proporcionan una representación gráfica que permite visualizar los estados de esfuerzos. Para ello se ubican los centros y radios de cada circunferencia en función de los esfuerzos principales.
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Método analítico (Edo. Def. plano)
+ , 2 ± 2 +
Ley de Hooke generalizada
1 + 1 + 1 +
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Distribución de la presión para la compresión de cilindros sólidos
ó , , ∙ ∙
Suponiendo que no ocurre abarrilamiento en los bordes del disco y el espesor es tan pequeño que el esfuerzo de compresión axial σz se mantienes constante a través del espesor
- Esfuerzo friccional:
r=a
∙ ; Para cargas pequeñas 2) ; Para cargas grandes 1)
Donde:
: coeficiente de fricción; 0 0,57 m: factor de fricción; 0 m 1
h
r
0
h
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Distribución de la presión para la compresión de cilindros sólidos
0 - Vista superior
ℎ + ℎ + + 2ℎ sin 2 2 0 Usando la aproximación sin 2 2 ℎ +ℎ ℎ +2 0 A partir de la simetría axial del disco: Y las reglas del flujo plástico:
2 2
2
Criterio de Von-Misses: 2 ( ) +( ) +( ) 2 ( )+( )+( ) 2 ( )+( )+( )
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Distribución de la presión para la compresión de cilindros sólidos
() P
r=0 r=a
Presión media: Recalcado de cilindros:
1
1 + 323 ℎ Recalcado con deformación plana :
−
;
1 +
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Distribución de la presión para la compresión de cilindros sólidos
12 + + 12 + + -Recalcado de cilindro hueco:
2 2 ∙2 ℎ 3 + ℎ + 2
-Estampado de cilindros:
1 + 2ℎ
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Forja •
Distribución de la presión para la compresión de cilindros sólidos
- Ensayo de compresión del anillo:
% ×100%
- Determinación del coeficiente de fricción en forja:
%ℎ ℎℎℎ ×100%
% 0,055 1,06 + (0,044 %ℎ)
Problema 1: Un anillo de aluminio de dimensiones iniciales
30 y h=20mm, es recalcado a T ambiente hasta una
altura de 12mm. Sí el diámetro de la sección interna del anillo se cierra durante la compresión hasta 23,4 mm, determine . (R= 0,20) Problema 2: Calcular la fuerza de carga (P) que se requiere para forjar una barra de acero inoxidable de 200mm de
espesor y 800 mm de ancho en un 10% de reducción de espesor, sí la matriz de forja tiene un ancho de 250 mm y la v es , , m=0,3. (R=136MPa, P= 2716,25 N) constante a 50 mm/s. Considere T constante y la ley constitutiva es:
225
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. 2.2.2. Laminación: es un proceso de deformación plástica en la dirección del espesor y ésta será compensada en la dirección de la longitud. La materia prima para estos procesos son tochos, palanquillas y planchones.
•
Sistemas de laminación:
a) Dúo b) Dúo reversa c) Trío d) Cuarto e) Sexto
- Rodillos de apoyo Rodillos de trabajo
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Laminación
ℎ
→
N
•
→
ℎ
Cálculo de la carga de laminación (Orowan, Bland y Ford)
− Presión de salida:
1) Presión de entrada: 2)
3) Prámetro H:
•
Suposiciones:
-
Condiciones de deformación plana Deformación homogénea Coeficiente de fricción de magnitud constante Arco de contacto circular
2 −
∆ 5) ℎ ℎ + ; ∆ℎá ; ∆ℎ< = = 6) Carga de laminación: = + = 4) Ángulo de pellizco del rodillo:
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Laminación •
Cálculo de la carga de laminación (Parkins)
Si el espesor o altura instantánea de la pieza que se conforma, h, se reemplaza por el espesor medio; la longitud de la compresión se reemplaza por la longitud del arco de contacto, se obtiene:
∆ℎ 1 + ℎ +∆ℎℎ Donde:
: esfuerzo de fluencia medio en compresión plana. , : es la deformación plana al final de la pasada. Se determina gráficamente a partir de la curva esfuerzo Vs deformación
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Laminación Ejercicio 1: Se lamina una chapa de aluminio de alta pureza, cuyo ancho es de 1500 mm, y se reduce de un espesor de
4mm a 3,3 mm, empleando para ello un laminador cuarto cuyos rodillos tienen un diámetro de 500 mm. El material previamente fue reducido a una compresión plana de 0,6. Determinar el valor del ángulo en el punto neutro de laminación sabiendo que =0,06.
ℎ 4 ℎ 3,3 250 0,06 0,6 140
∆ℎ 1 + ℎ +∆ℎℎ 250 ∙ 0,9 1500 250 ∙ 0,9 × 147,68 1 + 0,06 3,3+4 322,7
2.2. PROCESOS DE CONFORMADO DE MATERIALES. Laminación
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Aleación de cobre 26000
