Procesos de Formado Tradicional

Laminado.

El laminado es un proceso de deformación volumétrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado, mediante las fuerzas de compresión que ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresión y de cizallamiento, originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal. Los procesos de laminado requieren gran inversión de capital; debido a ello los molinos de laminado se usan para la producción de grandes cantidades de productos estándar (laminas, placas, etc.).Los procesos de laminado se realizan, en su gran mayoría, en caliente por la gran deformación ejercida sobre el material trabajado. Además, los materiales laminados en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica.Laminado plano con recalentamiento previo:Principales aplicaciones del laminadoEl laminado se utiliza en los procesos de fabricación de los aceros, aluminio, cobre, magnesio, plomo, estaño, zinc, y sus aleaciones. Casi todos los metales utilizados en la industria, han sufrido una laminación en alguna etapa de su conformación. Aunque la principal aplicación del laminado es la «laminación del acero».

La laminación del acero

La principal aplicación de la laminación es la producción de acero. La temperatura de la laminación del acero es de unos 1200 °C, los lingotes de acero iniciales, que se obtienen por fundición, se elevan a dicha temperatura en unos hornos llamados

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«fosas de recalentamiento» y el proceso en el que elevamos la temperatura del lingote recibe el nombre de «recalentado».Los lingotes de acero recalentados pasan al molino de laminación en los que se laminan para convertirlos en una de las tres formas intermedias: lupias, tochos o planchas. Las lupias se utilizan para generar perfiles estructurales y rieles para ferrocarril, los tochos se laminan para obtener barras y varillas. Y las planchas se laminan para producir placas, laminas y tiras. El laminado posterior de las placas y laminas suele realizarse en frío.

Como reducir la fuerza de laminaciónEstas fuerzas pueden llegar a causar aplastamiento de los rodillos y deflexión que afectan de forma negativa al proceso de laminado. Además el tren de laminación (carcasa, cuñas y rodamientos) puede estirarse debido a estas fuerzas de forma que el hueco de laminación se abra significativamente. En consecuencia los rodillos deben de ajustarse más cerca de lo que se ha calculado así compensará esta deflexión y se obtendrá el espesor deseado.Procedimientos para reducir fuerzas de laminación.

a) Reducir la fricción. b) Reducir el área de contacto reduciendo el diámetro de los rodillos. c) Efectuando reducciones más pequeñas por pasada, a fin de reducir el

área de contacto. d) Reducir la resistencia del material elevando la temperatura en el proceso.

Otro método es aplicando tensiones longitudinales a la tira durante la laminación ya que éstas reducen los esfuerzos a la compresión requeridos para deformar plásticamente. Las tensiones aplicadas a la tira pueden ser aplicadas en la zona de entrada (tensión posterior) o en la zona de salida (tensión anterior o frontal) o en ambas.La tensión posterior es aplicada a la hoja sometiendo al rollo de suministro que alimenta la hoja a una acción de frenado mediante un procedimiento adecuado.La tensión anterior se aplica al aumentar la velocidad de rotación al rollo tensor. Si la laminación se efectúa únicamente aplicando tensión anterior sin aplicar potencia a los rodillos se llama laminación Steckel.

Laminado de perfilesEn el laminado de perfiles, el material de trabajo se deforma para generar la sección transversal del perfil deseado. Por este procedimiento se realizan perfiles de construcción como perfiles en I, en L y canales en U; rieles para vías de ferrocarril y barras redondas y cuadradas, así como varillas. El material de trabajo pasa a través de rodillos que tienen impreso el reverso de la forma deseada.Los principios que se aplican al laminado plano pueden aplicarse al laminado de perfiles en su gran mayoría. Los rodillos formadores son más complicados; y el material inicial, de forma usualmente cuadrada, requiere una transformación gradual a través de varios rodillos para alcanzar la sección final.1 Se diseña una secuencia de formas intermedias, con sus correspondientes rodillos, para lograr una deformación uniforme a través de las secciones transversales de cada reducción y así evitar una mayor elongación en estas secciones que podría suponer torceduras y agrietamiento del producto laminado.

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Molinos laminadores

Existen varios tipos de molinos de laminación con diferentes configuraciones. El molino de laminación más común consiste en dos rodillos opuestos y se conoce como molino de laminación «de dos rodillos» este tipo de configuración puede ser reversible o no reversible. En el molino no reversible, al girar siempre en la misma dirección, el material de trabajo entra siempre por el mismo lado; y en el reversible el material de trabajo puede entrar por ambos lados, ya que los rodillos pueden girar en las dos direcciones.

RodillosLos materiales utilizados para la fabricación de rodillos deben ser resistentes mecánicamente y resistentes al desgaste, normalmente se utilizan fundiciones de hierro, acero fundido y e acero forjado, para rodillos de pequeños diámetros se utilizan carburos de tungsteno. Los rodillos de acero forjado tienen más resistencia, tenacidad y rigidez que los rodillos de hierro fundido aunque estas ventajas se ven reflejadas en el coste ya que son más caros.Los rodillos que se utilizan en la laminación en frío son rectificados hasta alcanzar un acabado fino., para aplicaciones especiales los rodillos además se pulen. Estos rodillos no deben ser utilizados en la laminación en caliente, ya que pueden llegar a agrietarse por ciclado térmico y astillarse.

LubricantesLa laminación en caliente de las aleaciones con hierro generalmente se realiza sin lubricantes, aunque se puede utilizar el grafito. Se usan soluciones en base agua para romper la cascarilla sobre el material laminado y para enfriar los rodillos.Las aleaciones no ferrosas se laminan en caliente y se utilizan aceites compuestos, ácidos grasos y emulsiones. La laminación en frío se realiza con lubricantes de baja viscosidad o con lubricantes solubles en agua, como emulsiones, aceites minerales, parafina y aceites grasos.

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Forja

La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.Este proceso de fabricación se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.Los principales tipos de forja que existen son:

Forja libre Forja con estampa Recalcado Forjado isotérmico

Forja libreEs el tipo de forja industrial más antiguo y se caracteriza porque la deformación del metal no está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para fabricar piezas únicas o pequeños lotes de piezas, donde normalmente éstas son de gran tamaño. Además este tipo de forja sirve como preparación de las preformas a utilizar en forjas por estampa.También puede encontrarse como forja en dados abiertos.

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Forja con estampa

Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría deseada. Este proceso debe realizarse con un cordón de rebaba que sirve para aportar la presión necesaria al llenar las zonas finales de la pieza, especialmente si los radios de acuerdo de las pieza son de pequeño tamaño y puede estar sin rebaba, dependiendo de si las matrices llevan incorporada una zona de desahogo para alojar el material sobrante (rebaba) o no. Se utiliza para fabricar grandes series de piezas cuyas dimensiones y geometrías pueden variar ampliamente. Las dimensiones de estas piezas van desde unos pocos milímetros de longitud y gramos de peso hasta varios metros y toneladas, y sus geometrías pueden ser simples o complejas. cave mencionar que es el forjado de estampa

También puede encontrarse como forja en dados cerrados.

Forjado isotérmico

El forjado isotérmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles es significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional.

RecalcadoA diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este además puede realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material en una zona determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra). Por tanto, una consecuencia directa de este proceso es que disminuye la longitud de la barra inicial y aumenta la sección transversal de ésta en la zona recalcada.Si el proceso se realiza en frió y en los extremos de las piezas se denomina encabezado en frío.

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Trefilado

Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.

El trefilado propiamente dicho consiste en el estirado del alambre en frío, por pasos sucesivos a través de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno cuyo diámetro es paulatinamente menor. Esta disminución de sección da al material una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas.Dependiendo de la longitud y el diámetro de las barras a trabajar, varían las reducciones que se pueden llegar a obtener mediante este proceso. A las barras de hasta 15 mm de diámetro o mayores, se les suele dar una ligera pasada para mejorar el acabado superficial y las tolerancias dimensionales reduciendo su diámetro hasta 1,5 mm. En otros tamaños más pequeños, se puede llegar a conseguir reducciones del 50%, y en otros alambres de hasta el 90% en pasadas sucesivas, partiendo en un estado del material de recocido y antes de que necesite un nuevo recocido con el fin de eliminar su acritud. Se fabrican alambres de hasta 0,025 mm y menores, variando el número de hileras por los que pasa el alambre y con varios recocidos de por medio.La disminución de sección en cada paso es del orden de un 20% a un 25% lo que da un aumento de resistencia entre 10 y 15 kg/mm2. Pero alcanzado cierto límite, variable en función del tipo de acero, no es aconsejable continuar con el proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia a tracción sigue aumentando, se pierden otras características como la flexión.Las ventajas que aporta el trefilado propias del conformado en frío son las siguientes: buena calidad superficial, precisión dimensional, aumento de resistencia y dureza, y por supuesto la posibilidad de producir secciones muy finas.

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Proceso de conformado

Practica del estiradoEl proceso de estirado, como norma general, se realiza como una operación de deformación plástica en frio y para secciones redondas. Las principales ventajas del proceso de estirado son: Un mayor control de las tolerancias: podemos obtener un IT muy bajo. Acabado superficial: podemos obtener un muy buen acabado superficial. Propiedades mecánicas: mejora en la resistencia a flexión y mayor dureza. Mayor capacidad de mecanización. Las operaciones que se realizan en el proceso de estirado son:

1º DecapadoSe limpia, generalmente con ataques químicos y agua a presión, el material para eliminar el oxido que puede formarse en la superficie. Esto es necesario para prevenir daños en la matriz y en la superficie de trabajo.

2º EstiradoSe procede a colocar el material en la máquina para empezar el proceso de estirado. En este proceso es decisivo el uso de lubrificantes para no dañar la superficie del material al pasarlo por la matriz y aplicarle la reducción de sección. En el estirado podemos distinguir, principalmente, dos procesos: estirado de alambres y de tubos. En el estirado de alambres podemos conseguir una reducción del 50% del espesor en barras menores de 150mm, utilizando el proceso descrito anteriormente. El estirado de tubos se utiliza para reducir el espesor de la pared de los tubos sin costura, los cuales se han producido por medio de otros procesos, como por ejemplo extrusión. Este proceso podemos realizarlo con ayuda de un mandril o no:

3º AcabadoUna vez el material estirado pasa por un proceso de enderezamiento y un ligero recocido de eliminación de tensiones, y si el caso lo requiere, algún tratamiento isotérmico para mejorar sus características mecánicas.

Equipo necesarioEn general el estirado de barras se realiza en un banco de estirado, consistente en una mesa de entrada, un bloque de acero que contiene la matriz, la corredera que coge el tubo para aplicarle la fuerza de estirado y una mesa de salida

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Extrusión

La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento. También las piezas finales se forman con una terminación superficial excelente.1

La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío.Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.

Procesos

El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel. Si son requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado mediante calor o trabajado en frío.El radio de extrusión se define como el área de la sección transversal del material de partida dividida por el área de sección transversal del material al final de la

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extrusión. Una de las principales ventajas del proceso de extrusión es que este radio puede ser muy grande y aún producir piezas de calidad.

Extrusión en calienteLa extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000 psi), por lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión. La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su mantenimiento.

Extrusión en frío

La extrusión fría es hecha a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente. La ventaja de ésta sobre la extrusión en caliente es la falta de oxidación, lo que se traduce en una mayor fortaleza debido al trabajo en frío o tratamiento en frío, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida velocidad de extrusión si el material es sometido a breves calentamientos.1

Los materiales que son comúnmente tratados con extrusión fría son: plomo, estaño, aluminio, cobre, circonio, titanio, molibdeno, berilio, vanadio, niobio y acero.Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son: los tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador, pistones automotores, entre otros.

Extrusión tibiaLa extrusión tibia se hace por encima de la temperatura ambiente pero por debajo de la temperatura de recristalización del material, en el rango de temperaturas de 800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este proceso es usualmente usado para lograr el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales de la extrusión.La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la extrusión fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del acero. La extrusión tibia incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en la extrusión en frío.

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Tubería

Una tubería es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza la denominación específica de oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza la denominación específica de gasoducto. También es posible transportar mediante tubería o nada materiales que, si bien no son un fluido, se adecúan a este sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos encapsulados, etcétera.

Fabricación

Hay tres métodos de fabricación de tubería. Sin costura (sin soldadura). La tubería es un lingote cilíndrico el cual es

calentado en un horno antes de la extrusión. En la extrusión se hace pasar por un dado cilíndrico y posteriormente se hace el agujero mediante un penetrador. La tubería sin costura es la mejor para la contención de la presión gracias a su homogeneidad en todas sus direcciones. Además es la forma más común de fabricación y por tanto la más comercial.

Con costura longitudinal. Se parte de una lámina de chapa la cual se dobla dándole la forma a la tubería. La soladura que une los extremos de la chapa doblada cierra el cilindro. Por tanto es una soldadura recta que sigue toda una generatriz. Variando la separación entre los rodillos se obtienen diferentes curvas y con ello diferentes diámetros de tubería. Esta soldadura será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión máxima admisible.

Con soldadura helicoidal (o en espiral). La metodología es la misma que el punto anterior con la salvedad de que la soldadura no es recta sino que recorre la tubería siguiendo la tubería como si fuese roscada.

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Materiales

Las tuberías se construyen en diversos materiales en función de consideraciones técnicas y económicas. Suele usarse el poliéster Reforzado con fibra de vidrio (PRFV), hierro fundido, acero,latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, PVC,1 polietileno de alta densidad (PEAD), etcétera.

Uso doméstico

AguaActualmente, los materiales más comunes con los que se fabrican tubos para la conducción de agua son: PRFV, cobre, PVC, polipropileno, PEAD acero y Hierro Dúctil (ISO-2531)（GB/T13295-2008）.DesagüesLos materiales más comunes para el desalojo de aguas servidas son: PRFV, hierro fundido, PVC, hormigón o fibrocemento.2 Los nuevos materiales que están reemplazando a los tradicionales son el PRFV (Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio), PEAD (Polietileno de Alta Densidad) y PP (Polipropileno).GasSuelen ser de cobre o acero (dúctil o laminar según las presiones aplicadas), dependiendo del tipo de instalación, aunque si son de un material metálico es necesario realizar una conexión a la red de toma de tierra.3 También se están comenzando a hacer de PRFV, Polietileno Reforzado con Fibra de Vidrio.4 en el caso de tuberías de conducción con requerimientos térmicos y mecánicos menos exigentes; además soportan altas presiones.CalefacciónEl cobre es el material más usado en las instalaciones nuevas, mientras que en instalaciones antiguas es muy común encontrar tuberías de hierro. En redes enterradas se emplea tubería preaislada.

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