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Nuevos materiales:una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Manufactura I
Plan 2016
Semestre 2017-2
Grupo 01
Manufactura IProcesos de Deformación Plástica
• Procesos de fundición
• Procesos con arranque de viruta
• Procesos de conformado mecánico
• Procesos a partir de polvos
• Procesos de conformado de polímeros y cerámicos
Procesos primarios
• Procesos para modificar las propiedades de los materiales
• Procesos para unir partes
• Procesos de acabado de superficies
Procesos secundarios
Se define a un proceso de conformado mecánico como aquel
en donde se produce un elemento terminado o
semiterminado mediante la deformación plástica del material.
Por las condiciones del proceso (temperatura y velocidad de
deformación) estos se clasifican como:
Trabajo en caliente: Temperatura de proceso mayor de 0.75 Tf
Trabajo en frio (se presenta endurecimiento); generalmente
se desarrolla a temperatura ambiente
Trabajo en tibio, 0.30 a 0.60 la temp de fusión
Manufactura IProcesos de Deformación Plástica
Conformado Mecánico:
En función del tipo de carga que produce la deformación:
Procesos en los que se obtiene la forma final mediante la
deformación plástica del objeto, ésta puede ser por:
1. Esfuerzos de compresión, forja
2. Esfuerzos de compresión inducida o indirecta, extrusión
3. Esfuerzos inducidos de Tracción; embutido
4. Tracción biaxial, estirado de lámina5. Esfuerzos de corte, troquelado.
Manufactura IProcesos de Deformación Plástica
Sin embargo en frío las deformaciones son mucho
más limitadas y además habrá que considerar la
recuperación elástica, por ejemplo el trabajo en
lámina;
Operación de Rechazado de chapa metálica
• Procesos Primarios; Grandes deformaciones, normalmente realizadas en caliente
• Procesos Secundarios o de acabado; se obtiene la forma final, son procesos en frío.
También se pueden clasificar de acuerdo con la características del proceso
Procesos de deformación volumétrica.a. Formador de lazo durante la laminación de barras de
refuerzo para construcción,b. Diferentes perfiles obtenidos por extrusión de aluminio.
(a) (b)
Procesos más usualesDeformación volumétrica
• Laminación. Es un proceso de deformación por compresión directa, en el cual el espesor del lingote se reduce al pasar a través de dos rodillos que giran en sentido opuesto, y cuya separación es menor que el espesor inicial del rodillo. Se efectúa tanto en frío como en caliente.
• Forja. El material se deforma entre dos dados, de tal manera que la forma del dado se imprima para obtener la geometría deseada (forja en estampa). Geometrías simples forja libre. Grandes deformaciones, por lo tanto generalmente en caliente; aunque puede ser en frío.
Procesos más usualesDeformación volumétrica
• Extrusión. Proceso de compresión indirecta en el cual se fuerza el metal a fluir a través de la abertura de un dado para que tome la geometría de éste. El proceso se realiza en caliente
• Estirado. En este proceso el diámetro de un alambre o barra se reduce cuando se hace pasar éste, por efecto de una fuerza de tracción, a través de la abertura de un dado.
Doblado. El doblado implica la deformación de una lámina metálica o placa para que adopte un ángulo con respecto a un eje
Embutido (estirado). se refiere a la transformación de una lámina de
metal en una forma hueca o cóncava.
Corte. Este proceso se caracteriza en que las cargas aplicadas generan en el material solicitaciones superiores su resistencia al corte lo que
produce la separación de la chapa.
Durante el trabajo con lámina se tienen
operaciones de:
Trabajo en lámina:
Los diferentes elementos que forman la carrocería de un automóvil se
producen a partir de chapa metálica.
Chasis monocasco de un BMW serie 5En este caso las operaciones de estampado de lámina
son fundamentales. Los elementos que se observan
tienen una función estructural
Trabajo en frío de los metales. Características
• Mejor acabado superficial.
• Tolerancias dimensionales más estrechas.
• Cambio en las propiedades físicas (se pueden ajustar las
propiedades mecánicas de acuerdo con las necesidades del
producto).
• Mayor capacidad para ser deformados por cargas de tracción.
• Mayor consumo de energía para la deformación.
• Anisotropía.
• Necesidad de recocidos intermedios, en el caso de grandes
porcentajes de deformación.
Procesos de Conformado Mecánico (deformación Plástica) en frío
Estirado Compresión: Doblez: Corte o desprendimiento:
Procesos de aplicación particular:
BarrasTubosAlambreRechazadoRechazado de potenciaEmbutido con planchado
AcuñadoLaminadoCalibradoForja en fríoFormado de roscasExtrusiónRemachado
DobladoRoladoDoblado de placaRebordeadoEngargoladoFormado con rodillos
TroqueladoPunzonadoCorte de cinta ohendidoRecortePerforadoEscopleadoRanuradoLancetadoRasuradoCorte con cizalla
Formados por altaenergíaFormadosuperplástico
Procesos de Conformado Mecánico (deformación Plástica) en frío
Estirado de alambre y barra:
Estos procesos se realizan en una prensa o banco de estirado, en el caso de barra se realiza una sola reducción de diámetro, mientras que en el alambre se tiene un proceso secuencial en el que el material va pasando sucesivamente en varios dados de estirado, pudiendo en algunos casos ser sometido a un recocido en línea, esto es entre etapas subsecuentes de estirado.Dado que la carga de estirado es función del coeficiente de fricción entre el
dado y el material, entonces es usual el uso de lubricantes que soporten las elevadas presiones que se generan durante el contacto de la herramienta con el material.El estirado puede ser en seco o en húmero (el dado se encuentra inmerso en el lubricante).
Procesos de Manufactura en fríoTrabajo en Chapa metálica
UDIATEM
Laminado en caliente
Decapado Estirado del alambre (Alambrón) o
tubo (se aplican recocidos intermedios de ser necesario).
Rechazado de chapa
metálica
En el rechazado se considera que el espesor inicial y final son iguales
En el rechazado de potencia la presión de la herramienta causa el flujo plástico del material reduciendo el espesor de éste
Rechazado
Dado que la deformación se produce al empujar el material sobre el mandril, en el caso de rechazado de potencia se pueden alcanzar reducciones de espesor de casi el 200% de la máxima deformación en tracción
Forja en frío
El formado de cabezas y cuerpo de tornillos y tuercas en el caso de diámetros menores de 12 mm se puede realizar en frío
Operaciones de formado, recalcado y estirado
Formado con rodillos
Éste se utiliza para la producción de perfíles a partir de cinta metálica. El formado se produce por etapas
Nuevos materiales:una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Prof.Dr. Armando Ortiz Prado
Manufactura ISemestre 2017-1
05 de septiembre de 2016
Procesos de Deformación Plástica
Nuevos materiales:una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Prof.Dr. Armando Ortiz Prado
Perfiles estructurales
Diferentes perfiles utilizados con fines estructurales
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Procesos de Deformación Plástica
Vigas producidas por laminación ( en caliente)
Perfiles producidos por el doblado de cinta al pasar entre rodillos formadores (en frío)
Udiatem
Rolado
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Procesos de Deformación Plástica
Se puede aplicar a lámina o placa para formar elementos cilíndricos, la deformación se produce por flexión en tres puntos. Muchos textos y autores confunden este término para referirse a el proceso de laminación lo cual se produce por una traducción literal del termino ROLLING que es el utilizado en inglés para referirse a la deformación entre dos rodillos
Rolado
Chapa
Tubo
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05 de septiembre de 2016
Procesos de Deformación Plástica
¿Forjar o Troquelar?; La intención de todo proceso de
manufactura es producir un elemento que cumpla con su función en
un sistema, esto al mínimo costo (mínimo consumo de energía,
mínimo consumo de materiales, mínima generación de efluentes,
fácil reciclado, entre otros aspectos). Es por lo anterior que los
métodos para producir un cierto elemento pueden ser muy variados e
irse modificando en el tiempo.
La forja es un proceso que produce muy buenas propiedades en la
pieza, pero por su complejidad resulta siempre costoso, es entonces
que se busca utilizar otros métodos más económicos como la
fundición y el troquelado; en particular en las siguientes imágenes se
observarán algunos ejemplos de como los métodos de fabricación se
han transformado para permitir una mayor producción en menorestiempos y costos.
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05 de septiembre de 2016
Procesos de Deformación Plástica
Diseños construidos con base en piezas forjadas y
maquinadas
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Procesos de Deformación Plástica
Colt 1911 (1909USA)
Diseños construidos con base en piezas forjadas y
maquinadas
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Procesos de Deformación Plástica
30 M1 Carabina (1942USA)
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Fuerza de Doblado
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Procesos de Deformación Plástica
2
0
1.3
donde:
ancho
espesor de la lámina
distancia de doblado (entre apoyos)
b
wtF k
l
k
w
t
l
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Engargolado
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Procesos de Deformación Plástica
Embutido.
Usualmente los materiales más ocupados en procesos de embutición son aquellos con mayor ductilidad como las aleaciones de aluminio o cobre en comparación con los aceros.
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Procesos de Deformación Plástica
Embutido.
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Procesos de Deformación Plástica
Piezas embutidas en acero. Es importante
cuidar la relación entre el diámetro del
material a embutir y la altura de embutición.
0
0
Relación de embutido
donde
diámetro inicial
diámetro final (punzón)
f
f
Embutición.
Este proceso permite la obtención de piezas huecas de diversa forma (acopada, de caja, etc.). El principio básico consiste en empujar el material en forma de lámina sobre la cavidad de una matriz mediante un punzón.
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Procesos de Deformación Plástica
El esquema del proceso se muestra en la siguiente figura:
Embutición.
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Procesos de Deformación Plástica
0embf t
Formado mediante
corte de chapa
metálica
Troquel simple; 1.perno de freno ó límite, 2. Buje guía, 3. Perno guía, 4. Tornillos de sujeción, 5. Espiga guía, 6. Perno, 7. Placa de fijación, 8 y 13. Porta troquel, 9. Punzón, 10. Placa guía, 11. Cinta, 12.matriz
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Procesos de Deformación Plástica
Formado de chapa
mediante corte
[Troquelado]
Troquel progresivo. En este se lleva a efecto una operación de punzonadopara después proceder al troquelado. 1. Punzón de troquelado, 2. Perno guía o de localización, 3. Matriz de troquelado, 4. Herramienta de punzonado, 5. Matriz de punzonado, 6. Guía, 7. Cinta, 8 pieza terminada, 9 desperdicio
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Procesos de Deformación Plástica
Formado de chapa
mediante corte
[Troquelado]
Operación de un troquel compuesto que corta y embute. 1. Punzón de corte, 2. Punzón de embutido, 3. Placa de soporte, 4. Matriz de corte, 5. Expulsor, 6. Cinta metálica a troquelar, 7. Perno de limitación o freno, 8. Pieza cortada, 9. Pieza ya embutida, 10. Pieza final, 11. Desperdicio o calavera.
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Procesos de Deformación Plástica
Formado de chapa
mediante corte
[Troquelado]
Troquel progresivo de 10 etapas para alta producción. Nótese que las guías ya no emplean bujes sino sistemas antifricción
Dibujo de ensamble de un troquel progresivo
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Procesos de Deformación Plástica
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Procesos de Deformación Plástica
Troquelado, punzonado.
Aunque el principio del proceso es el mismo, se habla de troquelado cuando se genera elcorte a lo largo de una línea cerrada para separar la pieza del material circundante, y sehabla de punzonado cuando el material cortado es el que se desecha y el que permanecees la pieza deseada .
Troquelado Punzonado
Troquelado
Diferentes cintas en donde se observan las variadas etapas de proceso que se pueden tener en un troquel progresivo
Troquel progresivo abierto. Se puede observar que para facilitar su maquinado éste se estructuro en 3 secciones, las cuales son montadas al final en el portatroquel. Del lado izquierdo se observa una cinta en que se muestran las diferentes etapas del procesamiento
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Procesos de Deformación Plástica
Troquel progresivo y cinta en donde se observan las diferentes etapas del troquelado
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Procesos de Deformación Plástica
Manufactura ISemestre 2017-1
05 de septiembre de 2016
Procesos de Deformación Plástica
Se trata de un proceso de conformado mecánico en frío en el cual el material, generalmente acero, se deforma plásticamente por la acción de un fluido a muy alta presión.
A la presión hidrostática aplicada se le adicionar una carga axial.
Los materiales que más comúnmente son procesados por este método son; aceros al carbono, aceros inoxidables, cobre y sus aleaciones tales como los latones, aluminio y sus aleaciones. En general se trata de materiales con buena ductilidad.
Trabajo en FríoHidroformado
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Procesos de Deformación Plástica
El hidroformado se realiza a lámina y a tubo.
Para el hidroformado se requiere de una matriz con la forma externa de la pieza a producir; la cual instala en una prensa. En el caso de tubos la presión se aplica en el interior de éste una vez que la prensa ha cerrado las semimatrices.
Ventajas
•Reducción del peso, mediante la disminución de las soldaduras y
sustituyendo piezas fundidas o estampadas. En el caso de utilizar
fundición se reduce el peso. Para el estampado se pueden producir
piezas más complejas.
Trabajo en FríoHidroformado
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Procesos de Deformación Plástica
Ventajas
•Mejores propiedades fa fatiga que en el caso de utilizar soldadura
.
•Al reducir la recuperación elástica se pueden tener tolerancias más
precisas.
•Mejores propiedades mecánicas en general
•El proceso evita deformaciones plásticas localizadas, por
consecuencia fracturas durante el formado; así también evita el
colapso de tubos durante su deformación a flexión.
•Por este método se puede reducir el número de piezas, lo que
disminuye tiempo y costo.
•Permite reducir los desechos.
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05 de septiembre de 2016
Procesos de Deformación Plástica
Matriz para hidroformado
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