Conformado por deformación plástica

Conformado por

deformación plástica

TEMA 7

TECNOLOGÍA DE MATERIALES

7.1 Introducción

7.2 Procesos de conformado específicos

7.3 Efectos metalúrgicos del conformado

7.4 Conformado de chapa

ÍNDICE

Conformado por deformación plástica


7.1 Introducción7.1 Introducción

Conformado por deformación plásticaConformado por deformación plástica: MEJORES

procesos a la hora de dar forma a materiales metálicos que

deban asegurar un comportamiento mecánico excelente

Tema 8Polímeros

Cerámicos Demasiado frágiles




CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Controla el proceso para asegurar propiedades mecánicas requeridas

Da forma a la pieza

Procesos de deformación en calienteProcesos de deformación en caliente: la microestructura y las

propiedades finales dependen están estrechamente ligadas al buen

control de las temperaturas, tiempos y deformaciones aplicadas.

+

Procesos de deformación en fríoProcesos de deformación en frío: propiedades dependientes del grado

de deformación




CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Productos intermedios

-chapas, barras, tubos

Procesos primarios

-Laminación

-Extrusión

Procesos secundarios

-Forja

-Estampación

Piezas más complejas

Conformado en caliente: T > 0,6Tf (K)

(por encima de la temperatura de recristalización del material)

Conformado en frío: T< 0,35 Tf (K)

(por debajo de la temperatura de recristalización del material)




↓σysAl calentar una aleación metálica

se requieren menores presiones de conformado y además es posible obtener piezas más complejas.

↑ ductilidad

endurecimiento por deformación

Durante el conformado en caliente

ablandamiento por recristalización

Figura 7.1 a) Evolución de la tensión con la deformación en caliente

Conformado en caliente


simultáneamente

No endurece ni ablanda durante la operación



Figura 7.1 b) Efecto de la velocidad de deformación y la temperatura en la tensión de conformado



La tensión necesaria para deformar plásticamente un material en caliente depende en gran medida de la velocidad de deformación:

a mayor velocidad de deformación mayor tensión se debe aplicar



Conformado en frío(por debajo de la temperatura de recristalización)

El metal se endurece en el curso de la deformación

Recocidos de recristalización

σ = K· εn

n: coeficiente de

endurecimiento por

deformación (0.1-

0.5)

La velocidad de

deformación apenas influye

en la deformación

en frío




Los procesos de conformado en fríoconformado en frío son más baratos, proporcionan

unas tolerancias más estrechas y permiten obtener productos con

una amplia gama de características mecánicas.



7.2 Procesos de conformado específicos7.2 Procesos de conformado específicos




Forja

(forging)De matriz abierta (open-die)

-formas simples

-malas tolerancias-series pequeñas de piezas normalmente grandes

Deformación: ε = Ln (h0-hf)

De matriz cerrada (closed-die)

-formas complejas-mejores tolerancias-grandes series piezas pequeñas

Mayor fuerza




Recalcado: operación de forja de una pieza cilíndrica con el fin de aumentar su diámetro y disminuir su longitud





Fusión

Deformación plástica

Mecanizado

Metalurgia de polvos

Tabla 7.1 Tolerancias dimensionales y rugosidades de los procesos de conformado



Laminación

Productos largos de sección constante: chapas, tubos, barras, perfiles…




Laminación Deformación en la laminación

ε = Ln (t0/t f)

Grado de reducción

r =(t0- tf)/t0

(Q = S x v) v0· w0 ·t0 = vf· wf ·tf

Vl= cte l0· w0 · t0 = lf· wf ·tf l0 · t0 = lf· tf

w0 = wf

t: espesor de la chapa

Relación longitud-espesor

Relación entre velocidades de la chapa a la entrada y salida de los cilindros




Laminación

Figura 7.10 Laminación de un perfil hueco cerrado




Laminación

Figura 7.11 Laminación de anillos




Laminación

Figura 7.12 Laminación roscas




Laminación

Figura 7.13 Laminación de tubos de pared gruesa




Extrusión

Figura 7.14 Extrusión directa Figura 7.15 Extrusión inversa

Largas piezas de sección constante: barras, perfiles, tubos...


Menor fuerza



Estirado o Trefilado (proceso de extrusión para obtener hilos)



7.3 Efectos metalúrgicos de conformado7.3 Efectos metalúrgicos de conformado


Destruyen la segregación y el producto se homogeniza

Desaparece la porosidad asociada al rechupe y a los desprendimientos gaseosos por soldadura durante el aplastamiento

Se refinan los grandes granos columnares típicos de los productos moldeados

Todos estos efectos se traducen en una sustancial mejora de las Todos estos efectos se traducen en una sustancial mejora de las propiedades mecánicas de los productos obtenidos por deformación propiedades mecánicas de los productos obtenidos por deformación

plástica en relación a los obtenidos por moldeoplástica en relación a los obtenidos por moldeo




DesventajasDesventajas del conformado en caliente:

Oxidación

Descarburación en el caso de los aceros

Peores tolerancias dimensionales que los conformados en frío (debido a la contracción del enfriamiento final)

Microestructuras menos homogéneas (dificultad de obtener una temperatura uniforme en toda la pieza)




CONFORMADO EN FRÍO

Aumento del límite elástico

Disminuye la ductilidad

RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓNRECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN

Si la deformación Si la deformación supera un supera un

determinado determinado nivel, el material nivel, el material

se rompese rompe

Aumenta el coste de estos procesos, pero ofrece una versatilidad mayor que los procesos realizados en caliente, ya que ajustando el ciclo de deformación-recristalización se pueden conseguir productos finales con características mecánicas bien diferentes










FIBRADO MECÁNICO: FIBRADO MECÁNICO: defecto característico de los procesos de

deformación plástica que ocurre como consecuencia del alargamiento de las

inclusiones u otras segundas fases en las direcciones principales de

conformado anisoropía en las propiedades mecánicas del producto final.




Estructura típica de los procesos de fabricación en caliente




Tratamientos termomecánicos:

laminación y forjaDan forma al material

Se controla todo el proceso de

conformado con el fin de conseguir

mejorar sus propiedades mecánicas

finales a partir de una microestructura

estructura idónea (grano muy fino)

Y



7.4 Conformado de chapa7.4 Conformado de chapa

Corte Doblado Embutición

Operaciones en frío

Minimizar

pérdidas de

material

Formas sencillas

de la matriz

Punzonado

Taladro

Estampación





La conformabilidad de una chapa en operaciones de doblado se especifica en términos del menor radio que se puede conseguir sin que se rompa la chapa (generalmente se expresa en multiplos de su espesor (2t, 4t…)

Corte Doblado Embutición Estampación


La mayor conformabilidad se obtiene siempre cuando se dobla la chapa en su direccion transversal (línea de doblado perpendicular a la direccción de la laminación de la chapa)

Operación más sencilla de conformado de chapa




Piezas tridimensionales (carrocería de vehículos de transporte,

cascasas de electrodomésticos…)

Matrices y punzones de formas adecuadas

Corte Doblado Embutición Estampación

Embutición por expansión

Embutición por compresión

Embuticiones mixtas




Por compresión

Embutición

Por expansión


-Ductilidad

-Coeficiente de endurecimiento por deformación ‘n’



La capacidad de un material para ser embutido viene dada por el

coeficiente límite de embutición del materiallímite de embutición del material LDRLDR (Limt Drawing

Ratio). (Depende de acuerdo RP y Rd y de la lubricación utilizada)

LDR = (D0)max / Dp ; LDR max ~ 2


Rd

Rp REEMBUTICIÓN



Mejorar la embutibilidad controlar la textura (orientación cristalográfica

preferente de sus granos individuales) determinación del coeficiente de

anisotropía ‘r’ (mediante un ensayo de tracción)

r = ε2/ ε3 = ε2 / -(ε1+ ε2)

r = (r0º + 2r45º + r90º)


Interesan r altos, a ser posible mayores que 2



Curvas límite de embutición: representación de las deformaciones máximas a

estricción o a rotura que admite la chapa en sus dos direcciones principales


Emburición por

compresión

Emburición por expansión

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