PROCESOS DE DEFORMACION VOLUMETRICA Estos procesos permiten conformar materiales aplicando fuerzas en distintas formas, pudiendo la conformación ser en volumen (forja, laminación, extrusión, trefilación), o de planchas (doblado, embutido, repujado, etc.). En todos estos procesos, el material es sometido a uno o más de los modos básicos de deformación: tracción, compresión y cizalle. CRITERIOS DE FLUENCIA En la mayoría de las operaciones que involucran deformación, el material está generalmente sometido a estados de tensiones triaxiales. En el caso de tracción o compresión simple, cuando la tensión aplicada alcanza el valor de la tensión de fluencia uniaxial Y, el material se deforma plásticamente. Sin embargo, si el material está sometido a un estado de tensiones más complejo, el material fluirá cuando una cierta relación de estas tensiones alcance un cierto valor. Estas relaciones constituyen los criterios de fluencia. Criterio de la máxima tensión de corte. Este criterio, conocido tembién como citerio de Tresca, establece que la fluencia ocurre cuando la máxima tensión de corte dentro de un elemento alcanza un cierto valor crítico K. Del ensayo de tracción simple se encuentra que K=Y/2. Criterio de la energía de distorsión. Este criterio, conocido también como de Von Mises, establece que la fluencia ocurrirá cuando se cumpla la siguiente relación entre las tensiones principales y la tensión de fluencia uniaxial: (s � -s� )²+(s� -s � )²+(s � -s � )² = 2×Y² FORJA La forja engloba una familia de procesos donde la deformación plástica de la pieza se realiza por fuerzas de compresión. La forja es una de las operaciones más antiguas (5000 A.C.) y se usa para fabricar partes de una gran variedad de tamaños y formas. La forja puede realizarse a temperatura ambiente (trabajo en frío), o a temperaturas elevadas (forja en tibio o en caliente). El rango de temperaturas para estas categorías es el que sigue, en términos de la temperatura homóloga T/Tm, donde Tm es el punto de fusión del material en °K,

T/Tm ------------- Trabajo en frío < 0.3 Trabajo en tibio 0.3 a 0.5 Trabajo en caliente > 0.6 Forja Abierta En este tipo, que es el más simple, la pieza se coloca generalmente entre dos matrices planas las cuales reducen su altura por compresión. En el caso ideal, la deformación es homogénea y la energía específica necesaria para el proceso está dada por el área de la curva tensión/deformación real. En las operaciones reales, por la acción tanto del roce como de la temperatura, la pieza sufre una deformación no-homogénea que se traduce en un aumento de dimensiones en su parte central (embarrilamiento).

Compresión de un anillo Cuando un anillo se comprime entre dos matrices planas y con fricción nula, éste se expande como si fuera un cilindro macizo. Al existir cierta fricción entre las matrices y el anillo, esta expansión se dificulta haciendo que el diámetro interior no aumente tanto o que, incluso, disminuya. Este hecho constituye la base del ensayo de compresión de anillo para la evaluación de lubricantes para procesos de conformado. Para ello se utilizan generalmente anillos que tienen una relación entre (diámetro exterior)/(diámetro interior)/altura, de 6/3/2, y los valores del coeficiente de roce se obtienen de la figura siguiente. Forja plana de cilindros sólidos En la compresión de un cilindro de área y altura iniciales A � y h � , entre plataformas sin roce, el valor medio de la presión se obtiene como

)1( eAFp�

donde F es la fuerza de compresión y e= 1�hh .

Cuando la lubricación no es perfecta, pero el coeficiente de roce es bajo de modo que ocurre deslizamiento en las interfaces, por consideraciones de balance de fuerza, Rowe � obtuvo la siguiente relación algebraica:

��� ������ ��� ���������! #"$�!%'&(�*)+�#,.-/�10324&5 ����76#�! 98�:*��;=<� >2?�@<>AB�C 9�D&E<D��F+�G #<D�G 9�IH?JLK#M

h

dhd

dhYp 1exp2

N

ODPGQ#ODR S T$U=T4V9W4XDT4YCZ(W$Z(T�[�\3T^]DT`_�XLW$T^T$YaT4W?\bZ(cDX�dfegdh]iU�X�[iVEXDUjcDk*VEX�_@T*U+Zl[9U7\bk�[�\3m?[#T$XDU=]LT�V(k�k4Vl\En�_@k`doT4V9]LZEm?phT1\E_�X'q

Forja plana de barra rectangular Según Rowe r , para roce deslizante, la presión media en las plataformas es: 1exp155,1 h

wwhYp

donde h es el espesor instantáneo y w es el ancho en compresión. Si 25.0h

w la ecuación anterior se puede simplificar a:

hwYp 21155,1

En el caso de roce de adherencia, la presión media está dada por: p = 1,155Y h

w41

Forja de Impresión En la forja de impresión la probeta adquiere la forma de la cavidad de la matriz, a medida que esta se cierra. Parte del material escapa radialmente de la matriz formando un reborde (flash). Debido a la alta relación longitud/espesor del reborde éste queda sometido a alta presión. Esto a su vez implica una alta resistencia friccionante al flujo radial del material, lo que favorece el llenado de la cavidad de la matriz. Además, si la operación se realiza a alta temperatura, el reborde, debido a su alta relación superficie/espesor, se enfría más rápidamente que el resto del material, con lo que el reborde presenta una mayor resistencia a la deformación que el resto, lo que también favorece el llenado. En este caso, el cálculo de la fuerza necesaria para el forjado es complejo debido a que, dependiendo de su posición, cada elemento dentro de la probeta está sometido a diferentes tensiones y tasas de deformación. Desde un punto de vista práctico, la fuerza F se calcula mediante la expresión: F = K×Y×A donde A es el área proyectada de la pieza forjada (incluyendo el reborde), Y es la tensión de fluencia del material a la deformación y tasa de deformación a la que el material está sometido, y K es un factor dado por la siguiente tabla: K -------- Formas simples, sin reborde 3-5 Formas simples, con reborde 5-8 Formas complejas, con reborde 8-12

TREFILACION

En el proceso de trefilación, el material es forzado a variar su sección transversal, generalmente en frío, haciéndolo pasar a través de una matriz cónica de semiángulo a aplicando una fuerza de tracción. Este proceso se utiliza en la fabricación de alambres, de barras redondas, cuadradas o hexagonales, y, también, en la fabricación de tubos. Como la fuerza para la trefilación debe ser menor que la resistencia del material trefilado, la reducción de área r=(Ao-A s )/Ao se mantiene normalmente bajo el 50%. Para calcular la fuerza de trefilación de redondos se puede usar la siguiente fórmula aproximada: s = Y×[1+m×cotg(a)]×f×ln(Ao/A t ) donde: f = 0.87+[(1-r)/r]×sen(a) es un factor que considera el trabajo redundante. Algunos autores consideran este factor como:

f = 0.88+0.12×sen(a)× )()(uu

DDDD

vv

EXTRUSION

EXTRUSION La extrusión es el proceso por el cual un bloque de material reduce su sección transversal forzándolo a fluir, bajo presión, a través del orificio de una matriz. En general, existen dos tipos de extrusión: la directa y la inversa, los que se utilizan normalmente para producir productos tales como barras y tubos. Debido a que en este proceso las fuerzas involucradas son altas, la mayoría de los metales son extruidos en caliente. Presión de Extrusión Desde el punto de vista de la energía de deformación homogénea, la presión mínima para la extrusión se podría expresar como: p = Y×ln(R) donde R es la relación de áreas A w /A x . Según Kalpakjian, la ecuación anterior se puede poner como y

zz ln AAAkF , donde la

constante k está dada en la siguiente figura:

Suponiendo que debido a la "zona muerta" la extrusión ocurre para un ángulo de aproximadamente 45° y que el roce es de adherencia, se puede calcular la presión (método del bloque) como: p = 1.5×Y×ln(R) Empíricamente se ha encontrado que la presión necesaria para la extrusión inversa se puede expresar de la siguiente manera (fórmula de Johnson): p = Y[a+b×ln(R)] donde a y b son constantes, cuyos valores son aproximadamente 0.8 y 1.2 a 1.5 respectivamente. Para la extrusión directa, a la expresión anterior habría que sumarle la presión necesaria por el roce en el contenedor (2×Y×L/D { ). Tasa de deformación En extrusión, la tasa de deformación media está dada por la siguiente expresión: e | } = 6×v× ~

�D tan(a)×e/( ��� DD � ) donde v es la velocidad de avance del material antes de la matriz, y e=ln(A � /A � ).

Piezas fabricadas por extrusión por impacto

LAMINACION La laminación es el proceso de reducir el espesor o cambiar la sección de una probeta por fuerzas de compresión ejercidas por un par de rodillos giratorios. El proceso se puede realizar tanto en frío como en caliente. La ventaja de la laminación en caliente son las menores fuerzas necesarias y la mayor ductilidad del metal. La laminación en frío, por otra parte, requiere mayores fuerzas, pero produce una mucho mejor terminación superficial, permite un mejor control de las tolerancias, y produce materiales con una mayor resistencia. La laminación de planchas con altas relaciones ancho/espesor es esencialmente un proceso de deformación plana. Cuando la relación ancho/espesor es baja, como por ejemplo en el caso de secciones cuadradas, el ancho aumenta considerablemente durante la laminación. La laminación es posible por la existencia de fricción entre los rodillos y el material. A la entrada, la velocidad periférica de los rodillos es superior a la del material. En la medida que la sección del material va disminuyendo, la velocidad de éste va aumentando, de modo tal que a la salida la velocidad periférica de los rodillos es menor que la del material. El punto donde la ambas velocidades son iguales se conoce como punto neutro.

En la laminación de planchas, se puede demostrar mediante el método del bloque (slab) que la presión está dada por: Zona de entrada: p = S×(h/ho)×exp[m(Ho-H)] Zona de salida: p = S×(h/h � )×exp[m×H] donde: H = 2×(R/h � ) � ×Arctg[(R/h � ) � ×q] Ho es el valor de H para q = a (a la entrada) q = 0 para la salida