En ocasiones, la idoneidad de un material para una aplicación viene dada por la facilidad de conformación y por el precio. Las técnicas de conformación metálica son los métodos utilizados para formar o manufacturar productos metálicos útiles y suelen ir precedidos por procesos de afino, aleación y, a menudo, tratamiento térmico que generan aleaciones con las propiedades deseadas.La clasificación de las técnicas de conformación incluye métodos de conformado, moldeo, pulvimetalurgia, soldadura y mecanizado; normalmente se utilizan dos o más métodos para terminar una pieza. Los métodos escogidos dependen de varios factores; los más importantes son las propiedades del metal, el tamaño y forma de la pieza acabada y, desde luego, el precio.Las técnicas de conformación discutidas en este capítulo se clasifican según el esquema de la Figura.

CONFORMACIÓN METÁLICA

CONFORMADOLas operaciones de conformado cambian la forma de una preforma metálica por deformación plástica. Las técnicas de conformado más utilizadas son: FORJA, LAMINACIÓN, EXTRUSIÓN Y TREFILADO. La deformación se lleva a cabo mediante una fuerza o tensión externa, cuya magnitud debe exceder al límite elástico del material. La mayoría de los materiales metálicos son susceptibles al conformado, puesto que son moderadamente dúctiles y capaces de experimentar deformación permanente sin romperse (PLASTICIDAD).

La mayoría de las técnicas de conformado pueden trabajar en caliente y en frío. En el conformado en caliente se generan grandes deformaciones puesto que el metal permanece blando y dúctil y es posible la sucesiva repetición. Además la energía necesaria para la deformación es menor que en el conformado en frío. Sin embargo, la mayoría de los metales experimentan alguna oxidación superficial, lo que origina pérdida de material y mal acabado superficial

El conformado en frío aumenta la resistencia y disminuye la ductilidad, ya que el metal adquiere acritud (El metal se endurece en el curso de la deformación). Las ventajas con respecto al conformado en caliente son: alta calidad del acabado superficial, mejores propiedades mecánicas, y más variadas, y gran control dimensional de la pieza acabada. A veces la deformación total se alcanza con una serie de etapas en las que la pieza se deforma en cierta extensión y luego se recuece (tratamiento térmico utilizado para eliminar los efectos del trabajo en frío, esto es, para ablandar y ductilizar un metal agrio. Generalmente se aplica durante los procedimientos de conformado que necesitan gran deformación plástica, para permitir una porterior deformación sin rotura o excesivo consumo de energía). Sin embargo, éste es un procedimiento caro y laborioso.

Deformación del metal durante (a)forja, (b) laminación, (c) extrusión (d) trefilado.

Si la deformación plástica se realiza a temperatura superior a la de recristalización, el proceso se denomina conformado en caliente; de lo contrario, se denomina conformado en frío.

Los procesos de conformado en frío son más baratos,proporcionan unas tolerancias más estrechas y permiten obtenerproductos con una amplia gama de características mecánicas.

↓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 calienteablandamiento 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

Procesos de conformado específicos

Fusión

Deformación

plástica

Mecanizado

Metalurgia de polvos

Tabla.- Tolerancias dimensionales y rugosidades de los procesos de conformado

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)

Conformado por deformación plástica: MEJORES procesos a la hora de dar forma a materiales metálicos que deban asegurar uncomportamiento mecánico excelente

Procesos de

deformación en frío:

propiedades

dependientes del

grado de

deformación

Procesos de

deformación en

caliente:

la microestructura y

las propiedades

finales dependen

están estrechamente

ligadas al buen

control de las

temperaturas, tiempos

y deformaciones

aplicadas.

Los procesos de

conformado en frío son

más baratos,

proporcionan unas

tolerancias más estrechas

y permiten obtener

productos con una amplia

gama de características

mecánicas.

Efectos metalúrgicos de conformado

CONFORMADO

EN FRÍO

Aumento del límite elástico

Disminuye la ductilidad

RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN

Si la deformación

supera un

determinado

nivel, el material

se 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

Mediante laminación se modifican a formas comerciales los perfiles colados en lingoteras o en máquinas de colada continua. Algunas de estas formas son aptas para su empleo directo (carriles, vigas…). Otras, han de sufrir modificaciones adicionales como es el caso de la chapa o alambre.

Los semiproductos obtenidos en las máquinas de colada continua (palanquillas y llantones) no pueden utilizarse directamente, ya que requieren un proceso que les dé forma comercial a la vez que mejore sus características mecánicas.

Como más usuales se pueden citar:- Conformación: Laminación y forja.- Acabado: Deformación en frío, recubrimientos, mecanizado y soldadura.- Modificación de propiedades: Tratamientos térmicos, tratamientos termomecánicos.

Laminación

En su forma más elemental, un laminador está constituído por dos o más cilindros que giran en sentidos contrarios entre sí. La

distancia entre las superficies cilíndricas enfrentadas es siempre menor que el espesor inicial del lingote, por lo que éste, al pasar

entre los dos cilindros se aplasta y se alarga proporcionalmente a la reducción de sección. Durante el trabajo, el lingote queda

sometido a la acción de una fuerza R, normal a la superficie de contacto, es decir, según un radio del cilindro (figura ).

Esta fuerza, que es la resultante de todas las fuerzas elementales que actúan sobre la superficie

de contacto, puede descomponerse en dos. Una es la componente horizontal o de estiramiento

S = R sen α, y la otra es la componente normal o de aplastamiento N = R cos α.

El avance del lingote es debido al rozamiento en la superficie de contacto, por lo que es

necesario, para que este avance se produzca, cumplir la desigualdad:

f N > S

Siendo f el coeficiente de rozamiento entre cilindro y lingote. Si se cumple

esta condición, se tiene una fuerza horizontal T = f N - S que hace avanzar

el lingote, mientras la componente N lo aplasta.

Por efecto del aplastamiento y estirado, el metal adquiere una estructura

estratificada en el sentido de la laminación (“fibra”).

Si se disminuye el diámetro de los cilindros, la componente S crece. Por

consiguiente, para satisfacer la desigualdad enunciada anteriormente,

convienen cilindros pequeños que dan estiramientos más enérgicos y

absorben menos potencia; en general, el diámetro de los cilindros varía

entre 40 y 60 cm. La experiencia ha demostrado que los mejores

resultados se obtienen con ángulo α =24 º.

Fundamento de la laminación

Laminación

Productos largos de sección constante:

chapas, tubos, barras, perfiles…

La diferencia básica entre laminación y forja radica en que en la primera la deformación se produce en una sola

dirección del espacio. Se obtienen productos de sección constante como chapas, perfiles o barras. En la forja,

por el contrario, se modifica tridimensionalmente la forma del metal mediante la deformación plástica

producida por presión o impacto. Se obtienen piezas como cigüeñales, árboles de levas, piñonería, herramientas

agrícolas o mecánicas, cubertería, etc.

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=v0 ·t0 = vf ·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

% 100 100

100

i i if f f

i i i

i fi f

i

A A e h e hCW

A e h

e eAnchura inicial h Anchura final h

e

Laminación

Laminación de un perfil hueco cerrado

Laminación

Laminación roscas

Laminación de anillos

Laminación de tubos de pared gruesa

EXTRUSIÓN

La extrusión es un proceso mediante el cual un bloque metálico se reduce de sección transversal al ser

forzado a pasar a través de un dado o matriz agujereada por la aplicación de una presión elevada

Extrusión en caliente

Debido a las fuerzas elevadas requeridas en la extrusión, la mayoría de los metales son extruidos en caliente,

condiciones donde la resistencia a la deformación del metal es baja, aumenta la ductilidad y permite mayores

reducciones de tamaño y el logro de formas más complejas.

Ventajas adicionales

Reducción de la fuerza del punzón, mayor velocidad del mismo.

Desventajas

Desgaste del dado puede ser excesivo.

La lubricación es un aspecto crítico de la extrusión en caliente

de ciertos metales (por ejemplo el acero), y se han desarrollado

lubricantes especiales que son efectivos bajos las condiciones

agresivas. Algunas veces se usa el vidrio como lubricante ya

que además de reducir la fricción proporciona aislamiento

térmico efectivo entre el tocho y el recipiente de extrusión.

Material Temperatura (oC)

Plomo 200-250

Aluminio y sus aleaciones 375-475

Cobre y sus aleaciones 650-975

Aceros 875-1300

Aleaciones refractarias 975-2200

Procesos de extrusión

Los diferentes procesos comunes a través de los cuales una barra o alambre pueden ser reducidos haciéndolos fluir por un

dado convergente son la extrusión directa, extrusión indirecta, extrusión hidrostática y extrusión por impacto.

Todos estos procesos pueden ser clasificados como procesos de compresión indirecta en el que el principal esfuerzo de

conformado se deriva de los esfuerzos compresivos como resultado de la tensión directa o cargas compresivas

En el proceso básico de extrusión, llamado extrusión directa, una palanquilla cilíndrica se coloca en una cámara (recipiente) y es forzada a pasar a través de la abertura de una matriz mediante un pistón hidráulico que la comprime

La abertura del dado puede ser circular o tener otras formas. Al aproximarse el punzón al dado, una pequeña porción del tocho permanece y no puede forzarse a través de la abertura del dado. Esta porción extra es llamada tope o cabeza y se separa del producto, cortándola justamente después de la salida del dado.

Un problema en la extrusión directa es la gran fricción que existe entre la superficie del trabajo y la pared del recipiente al forzar el deslizamiento del tocho hacia la abertura del dado.Esta fricción ocasiona un aumento sustancial de la fuerza requerida en el punzón para la extrusión directa.

En la extrusión en caliente este problema se agrava por la presencia de una capa de óxido en la superficie del tocho que puede ocasionar defectos en los productos extruidos. Para resolver este problema se usa un bloque falso entre el punzón y el tocho de trabajo, el diámetro del bloque es ligeramente menor que el diámetro del tocho, de manera que en el recipiente quede un anillo de metal de trabajo (capas de óxido en su mayoría), dejando el producto final libre de óxidos.

Extrusión directa

En la extrusión indirecta el dado se mueve hacia la palanquilla y ésta fluye en sentido opuesto a la primera. Como el tocho no se mueve con respecto al recipiente, no hay fricción en las paredes del recipiente. Por consiguiente, la fuerza del punzón es menor que en la extrusión directa. Las limitaciones de la extrusión indirecta son las impuestas por la menor rigidez del punzón hueco y la dificultad de sostener el producto extruido tal como sale del dado.

Menor fuerzaExtrusión indirecta

La extrusión por impacto se parece a la extrusión indirecta; con frecuencia

se incluye en la categoría de la extrusión en frío. El punzón desciende

rápidamente sobre la pieza que se extruye hacia atrás. Debido a la

constancia de volumen, el espesor de la sección tubular extruida es función

de la holgura entre el punzón y la cavidad del dado o la matriz.

Algunos productos característicos que se fabrican con este proceso son

por ejemplo, la extrusión en frío de tubos colapsables como los de la crema

dental se ilustran en la figura.

Extrusión por impacto

En la extrusión hidrostática la palanquilla tiene menor diámetro que la cámara, que se llena con un fluido y la presión se transmite a la palanquilla mediante una prensa. A diferencia de la extrusión directa, no hay fricción que superar a lo largo de las paredes del recipiente. La presión necesaria para la extrusión se suministra a través de un fluido incompresible que rodea a la palanquilla. En consecuencia no hay fricción entre la cámara y la pared. Las presiones suelen ser del orden de 1400 MPa. La alta presión en la cámara transmite algo de fluido a las superficies de la matriz, donde se reduce en forma apreciable la presión y las fuerzas. Con este método se pueden extruir bien los materiales frágiles, porque la presión hidrostática hace aumentar la ductilidad del material.

Extrusión hidrostática

Las prensas de extrusión pueden ser horizontales o verticales, dependiendo de la orientación de los ejes de trabajo.

Las tipos horizontales son las más comunes. Las prensas de extrusión son normalmente accionadas por fuerza

hidráulica (120 MN o 14000 t), la cual es especialmente apropiada para la producción semicontinua de secciones

largas, como en la extrusión directa. Frecuentemente se usa la impulsión mecánica para la extrusión en frío de

partes individuales, tales como la extrusión por impacto.

Equipos para la extrusión

De acuerdo con la condición del material y las variables del proceso, los productos extruidos pueden desarrollar varios defectos que pueden afectar en forma apreciable su resistencia y su calidad. Algunos defectos son visibles a ojo; otros sólo se pueden descubrir con las técnicas de ensayos no destructivos. Hay tres defectos de extrusión principales: agrietamiento de la superficie, tubos y agrietamiento interno.

Agrietamiento de la superficie.

Si la temperatura de extrusión, la fricción o la velocidad son demasiado altas, la temperatura en la superficie se incrementan significativamente y esta condición puede causar el agrietamiento o desgarre de la superficie.

Estas grietas son intergranulares y tienen su origen en una deficiencia de la ductilidad en caliente, presentándose especialmente en aleaciones de aluminio, magnesio y zinc, aunque también pueden presentarse en aleaciones para alta temperatura (aleaciones de molibdeno).

Defecto de extrusión:

Tal como se señaló anteriormente, el patrón de flujo tiende a arrastrar los óxidos superficiales e impurezas hacia el centro del tocho en la forma de un embudo.

Este defecto puede reducir modificando el patrón de flujo a uno que sea más homogéneo, por ejemplo mediante un mayor control de la fricción y la minimización de los gradientes de temperatura.

Defectos de extrusión

El centro de un producto extruido puede desarrollar grietas de la manera ilustrada en las cuales son atribuidas a un estado hidrostático de esfuerzos de tracción que se desarrolla en la línea central de la zona de deformación en la matriz. Los estudios realizados indican que las variables más importantes que afectan la tracción hidrostática son: el ángulo de la matriz, magnitud de la reducción de la sección transversal de la pieza y la fricción.

Agrietamiento interno

Para una misma reducción, mientras mayor es el ángulo de lamatriz más inhomogénea es la deformación a través de lapieza.

Así mismo, se tiene una deformación severa de las capas superficiales del material para valores elevados del ángulo de la matriz, lo cual puede incluir una zona muerta.

Además del ángulo de la matriz, otro factor importante en elagrietamiento interno es la longitud de contacto. Mientrasmenor es el ángulo de la matriz, mayor es la longitud decontacto, y el tamaño y la profundidad de la zona dedeformación incrementan con el aumento de dicha longitud.

Si las zonas de deformación que se encuentran debajo de las áreas de contacto entre la pared de la cámara y el material no entran en contacto entre sí, la deformación que sufre el material es altamente inhomogénea, impidiéndose que el centro del tocho entre en un estado plástico total, lo cual conlleva a la formación de las grietas internas. Sin lugar a dudas que esta clase de defectos se forman más fácilmente en materiales con altos contenidos de inclusiones, impurezas y poros ya que estos sirven como sitios de nucleación para la formación de defectos.

Las principales variables que influyen en la fuerza requerida para causar la extrusión son:

(a) El tipo de extrusión (directa o indirecta)

(b) La relación de extrusión

(c) El ángulo del dado

(d) La temperatura de trabajo

(e) La velocidad de deformación

(f) Las condiciones friccionales en el dado y la pared del contenedor

Variables principales que influyen en el proceso de extrusión

Estirado o Trefilado (Proceso de extrusión para obtener hilos)

El trefilado es un proceso de conformado basado en la ductilidad de los metales. Consiste en forzar a pasar mediante tracción una barra laminada en caliente por un taladro de diámetro inferior al exterior de la propia barra, con lo que el metal se va adelgazando y alargando. La pieza que tiene el taladro para el paso del hilo se denomina “hilera” o “matriz”.

Por simple laminación en caliente no se consigue llegar a diámetros muy pequeños. Por trefila se obtienen alambres de hasta 0.15 mm de diámetro, caso del cablecillo para neumáticos radiales. El trefilado provoca acritud que aumenta la resistencia a la tracción. Se fabrican alambres de diámetros muy variables que pueden llegar a superar 10 mm, como es el caso del alambre para hormigón pretensado. También obtener propiedades mecánicas muy elevadas, como se da enalambres estirados de alta resistencia que partiendo de acero de calidad alcanzan resistencias a tracción superiores a 250 kg/mm2, los máximos alcanzables por un acero.

En este mismo grupo se encuentran los alambres para muelles, destacando el denominado “cuerda de piano”. Un tercer objetivo del trefilado es obtener el alambre con un acabado superficial muy bueno y tolerancias dimensionales ajustadas.

Aunque la presencia de

esfuerzos de tensión es

obvia en la trefilación, la

compresión también juega

un papel importante ya que

el metal se comprime al

pasar a través de la abertura del dado.

El primer grupo de aceros de trefilería lo constituyen los aceros dulces, bajos en carbono, que por su baja dureza trefilan muy bien. Se utilizan para muchas aplicaciones en diferentes medidas y grados de acabado.

El segundo grupo son los aceros medios o altos en carbono. La mejor estructura de trefilado es la sorbítica, obtenida por austenización seguida de transformación isotérmica en baño de plomo (“patentado”). En el caso de partir de un material laminado en caliente, el patentado se efectúa al aire, aprovechando su calor de laminación y controlando debidamente su temperatura y enfriamiento para alcanzar la adecuada estructura sorbítica.

Aceros para trefilado

Aunque el procedimiento de trabajo es fundamentalmente el mismo, estirado y trefilado se diferencian en tres aspectos fundamentales:

(a).- El trefilado se aplica a redondos delgados, mientras que el estirado se aplica a barras más gruesas y a tubos.(b).- En el trefilado se pretende adelgazar el material; el endurecimiento y calibrado vienen por añadidura. En el estirado el objetivo es calibrar y endurecer mediante deformación.(c).- En el trefilado se adelgaza el material dando varias pasadas, mientras que en el estirado la operación se realiza en una sola.

Para que un metal se pueda someter a trefilado ha de cumplir requisitos, como:

- Ductilidad.- Resistencia para que no se rompa al ser estirado.- Uniformidad de composición y estructura.- Ausencia de defectos.

En el trefilado se hace pasar el alambrón laminado en caliente a través de una hilera que en esencia es una boquilla de diámetro inferior al del alambrón de partida, reduciéndose la sección del mismo. Como puede verse en la figura , el avance de la barra es debido a un esfuerzo de tracción que le obliga a pasar por el taladro de la hilera.

Debido al rozamiento y a la disminución de sección el movimiento de traslación de las capas externas se retrasa en relación al de las zonas internas, por lo que éstas avanzan a mayor velocidad que aquéllas. Esto es causa de que el metal, después de trefilado, presente una estratificación característica, orientada en sentido inverso a la que se obtiene en la laminación.

La reacción de la hilera contra el empuje del metal da origen a una fuerza R perpendicular a la superficie de contacto, es decir, según el radio de laembocadura de la hilera. Esta fuerza radial de reacción R puede descomponerseen dos: Una de ellas es la componente axial S, dirigida en sentido opuesto alavance; la otra es la componente radial N, perpendicular al eje de la barra.Mientras las componentes radiales N, por ser diametralmente opuestas, seanulan, las componentes axiales S se suman y frenan el movimiento de las zonasperiféricas del material.

Las principales variables en la trefilación se parecen a las de la extrusión: reducción de área transversal, ángulo del dado, fricción a lo largo de la intercara dado-pieza de trabajo y velocidad de trefilación.El ángulo del dado influye sobre la fuerza de trefilación y la calidad del producto.

Angulo Optimo: Se definirá como el valor de α para el cual la fuerza es mínima

El trefilado se realiza en máquinas de trefilar, compuestas de los elementos principales:(a).- Devanadera, donde se coloca el rollo de alambrón.(b).-Hilera (matriz), que es el órgano fundamental del trefilado. Las hileras tienen el taladro en forma de tronco de cono con aristas redondeadas (para facilitar el flujo del material, aunque pueden tener también otras formas). Su perfil longitudinal puede dividirse en cuatro partes (figura) que son: Embocadura, sección de reducción, sección de calibrado y cono de salida.

Según el material de que se hagan las hileras, se denominan“regenerables”, si se pueden estrechar cuando se desgastan, o “no regenerables”. Se construyen de fundición durísima colada en coquilla, widia o de acero al wolframio, tratado térmicamente y rectificado; también diamante para hilos muy finos. Pueden estar formadas por una pieza única o por varios elementos acoplados y sujetos entre sí por un portamatrices

(c).- Mecanismos de arrastre, que son los dispositivos que se encargan de halar del material. Los bancos de trefilar, están formados por un chasis sobre el que van fijadas las hileras, el volante de tracción accionado por un motor eléctrico y el caballete desenrrollador, que gira loco sobre su eje. La bobina de arrastre es la que tira del material.

Equipo de trabajo

Hay dos clases de máquinas:

a) Simples, compuestas por una sola hilera, con devanadera y bobina de arrastre.

b) Múltiples, compuestas por varias hileras de boquillas decrecientes por las que va pasando el alambre arrastrado por

bobinas colocadas entre hilera e hilera. Este grupo se subdivide en continuas, de acumulación y compensadas.

Partes del dado para trefilación

1. La entrada al dado o campana presenta unageometría tal que permite ingresar, en conjunto, alalambre y al lubricante a la zona de deformación.

2. La región de apoyo no causa reducción, tienecomo principal función remover la superficiedañada debido al posible desgaste del dado yademás ajustar el diámetro definitivo del producto.

3. Finalmente, la región de alivio permite que el metalse expanda ligeramente a medida que el alambresale del dado. Éste también minimiza la posibilidadde que la abrasión tome lugar si el proceso detrefilación se interrumpe o si el dado está fuera dealineación.

Campana

Caja de acero

Región de

alivioZona dedeformación

La trefilación de barras que no pueden ser embobinadas (> 20 mm), se lleva a cabo en una máquina llamada banco de trefilación que consiste en una mesa de entrada, un bastidor del dado (que contiene el dado de trefilación, la corredera y la armazón de salida).

Equipos de trefilación

La trefilación del alambre, típicamente se hace en máquinas continuas que contienen múltiples dados de trefilación, generalmente entre 4 y 12 dados, separados por tambores de acumulación entre los dados como se ilustra en la figura .

Un diseño más económico emplea un motoreléctrico simple que maneja una serie de cilindrosescalonados (Figura). El diámetro de cada cilindroes tal que produce una velocidad periféricaequivalente para un cierto tamaño de reducción.

Los defectos en los alambres que han sido trefiladosson parecidos a los que se observan en la extrusión,en especial el agrietamiento central. Otra clase dedefectos es el de traslapes (seams) que sonrayaduras o pliegues longitudinales del material.

El procesamiento bajo condiciones elevadas de ε puede producir en la zona de deformación un estado hidrostático de tensión elevado cerca de la línea central generando daño interno en la forma de porosidad microscópica

Defectos y problemas en el proceso

Trabajo ideal para la deformación

En este análisis el Trabajo externo es igual a la energía

consumida en la deformación de la pieza que se conforma.•Se asume Trabajo Ideal

•Se ignoran los efectos de Fricción y deformación no homogénea

mhU Y LnR

Estableciendo algunas semejanzas entre el conformado de un alambre en forma axisimétrica con un

ensayo de tracciónAquí el trabajo por unidad de volumen requerido, estará dado por el área bajo la curva esfuerzo deformación real

dentro de los limites de deformación alcanzados durante el ensayo.

En este sentido podríamos observar dos tipos de comportamiento

1. El material no experimenta endurecimiento por deformación

d f

h df f f

A lW W F lU

V A l A l A l

1

1

n

h

KU

n

0hU d

2. El material se endurece por deformación y dicho comportamiento obedece por ejemplo a una ley tipo potencia

donde 0ALn

A

En ocasiones, un esfuerzo de fluencia promedio, Ym se emplea sobre un intervalo de deformaciones homogéneas implicando esto que

mhU Y LnR

1

1

n

h

KU

n

m mhU Y LnR Y

Igualando ambas expresiones

1

1 1 1

n n

m

K KY

n n n

Trabajo ideal para la deformación

Ahora bien, indistintamente del desarrollo anterior, se sabe que la energía requerida para deformar realmente el material, involucra dos factores adicionales, uno es la energía requerida para superar la fricción (Uf ) en la intercara pieza de trabajo-Dado, y la otra es el trabajo redundante (Ur), que es la deformación cortante que acumula el material sin que ello contribuya al cambio de forma, y estará asociada a la distorsión que experimentan planos horizontales en la sección transversal de la piezaPor lo tanto la energía especifica total o el trabajo real (UT) se puede expresar como la suma de tres términos

Es importante destacar aquí, que dos de estas tres magnitudes (Uf y Ur) son altamente dependientes del ángulo o

geometría del dado, lo cual en la practica hace complicado separar la contribución de estas cantidades

U U U UT h f r

Lo anteriormente expuesto sugiere la inclusión del concepto de eficiencia mecánica, en términos de

Empleando el factor de eficiencia mecánica, el trabajo total se podría escribir como

Uh

UT

1 UhU d

T

Fricción, Trabajo redundante y Eficiencia Mecánica

De igual forma aquí se tendrán que aceptar dos puntos de vista relacionados con la ocurrencia o no de

endurecimiento por deformación

1 aU LnRhU d

T

Sin endurecimiento por deformación

1

( 1)

nU KhUT n

Con endurecimiento por deformación

A partir del análisis sobre un elemento de volumen ubicado dentro de la zona de trabajo, y considerando

fundamentalmente tres componentes de fuerzas que actúan en dicho elemento se tiene

Debido a la presión

Debido al cambio del esfuerzo longitudinal

Debido a la fricción

2 2

4 4x x xd D dD D

cos

dxp D sen

cos

dxp D sen

Bajo condiciones de trefilacion en estado estacionario, estas fuerzas se deben mantener en equilibrio. Así ignorando

los productos infinitesimales e igualando a 0 se tiene que

2 1 cot 0x xDd p dD

Por otra parte el equilibrio en la dirección radial

coscos cos

r

dx dxDdx P D P D sen

1r P tg

Determinación de la carga de trefilación a partir de la evaluación local del esfuerzo

Luego como los ángulos del dado son pequeños la dirección de P es prácticamente normal al eje x, por lo que

podemos asumir que P y σx son esfuerzos principales, por lo tanto ambos criterios tanto el de Tresca con el de Von

Mises deben conducir a la misma expresión

Sustituyendo en la ecuación general y llamando (cotg)= B

x mP Y

2(1 )

x

x

d dD

B Y B D

Integrando2(1 ) B

xB Y B CD donde C es la constante de integración

Trabajo Redundante

Es posible considerar el efecto del trabajo redundante a través de la definición del factor de trabajo redundante el

cual esta definido como

*( , )f r

Una forma analítica de calcular en factor de trabajo redundante es a través del concepto de la geometría de la zona

deformada

2

121 1 r

r

Siendo su relación con

0.84.4

Basta con igualar los valores de esfuerzos obtenidos a través de la curva plástica del material por ejemplo

la ley de Hollomon con el valor del esfuerzo de trefilacion obtenido a través de la expresión de trabajo para

establecer cual es el valor máximo de deformación admitido por pasada

Por ejemplo para un material que cumpla con la ley de endurecimiento por deformación de Hollomon seria

1MAX n

Deformación máxima por pase de trefilacion

Efectos metalúrgicos de conformado

Efectos metalúrgicos de conformado

Efectos metalúrgicos de conformado

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 anisotropía en las propiedades mecánicas del producto final.

Conformado de chapa

Operaciones en frío

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

Por compresión

Embutición

Por expansión

-Ductilidad

-Coeficiente de

endurecimiento por

deformación ‘n’

Conformado de chapa

La capacidad de un material para ser embutido viene dada por el coeficiente límite de embutición del material LDR (LimtDrawing Ratio). (Depende de acuerdo RP y Rd y de la lubricación utilizada)

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

Rd

RpREEMBUTICIÓN

Conformado de chapa

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 valores de r altos,

a ser posible mayores que 2

Conformado de chapa

Curvas límite de embutición: representación de las deformaciones máximas a estricción o a rotura que admite la chapa ensus dos direcciones principales

Embutición por

compresión

Emburición

por expansión

Conformado de chapa