Procesos de deformación volumétrica

Transcripción

1 Procesos de deformación volumétrica PROCESOS DE MANUFACTURA 1 Ing. José Carlos López Arenales

2 Qué es un proceso de deformación volumétrica? Proceso mediante el cual se logra una modificación de un material obteniendo un producto terminado

3 Temperatura Según la temperatura del proceso: Trabajo en caliente Trabajo en frío Trabajo en tibio

4 Trabajo en caliente El material es precalentado a temperatura de trabajo, el nivel de temperatura depende del tipo de material y del proceso que se vaya a utilizar.

5 Trabajo en caliente VENTAJAS: Los esfuerzos de fluencia son bajos. Requerimientos de potencia son bajos. La ductilidad del material es alta. Se pueden realizar grandes deformaciones.

6 Trabajo en caliente DESVENTAJAS Se requiere mucha energía para el calentamiento. La oxidación afecta el acabado superficial. Variaciones de temperatura : Tolerancias dimensionales altas Propiedades menos definidas.

7 Trabajo en caliente Formado no Isotérmico: La herramienta que es varias veces más fuerte que el material, tiene tiempos de contacto cortos, esta variación de temperatura afecta las capas superficiales las piezas. Retrasa la fluencia del materia Limita el espesor mínimo Se incrementa la presión en la matriz Propiedades variables Se produce fatiga térmica en la herramienta

8 Trabajo en caliente Formado isotérmico: El tiempo de contacto ya no es problema Es difícil encontrar el material adecuado para la herramienta El lubricante adecuado es más complicado

9 Trabajo en caliente Trabajo controlado en caliente: Se hace en forma no isotérmica Se usa para conseguir propiedades deseables en los materiales.

10 Trabajo en frío Trabajo realizado a temperatura ambiente. Aunque normalmente la energía aplicada se convierte en calor, llegando a temperaturas entre 100 C y 200 C. Normalmente se aplica después de un proceso en caliente.

11 Trabajo en frío VENTAJAS: Las propiedades de la pieza se controlan con exactitud. Se puede obtener una resistencia elevada. Se obtienen dimensionalmente tolerancias más cerradas. Mejor acabado superficial. La lubricación es más fácil.

12 Trabajo en frío DESVENTAJAS: Los esfuerzos de fluencia son altos. Las presiones en la herramienta son altos. La ductilidad de los materiales es limitada. Se restringe la complejidad de formas que se pueden producir.

13 Trabajo en tibio Combina ventajas del trabajo en caliente y en frío. Las temperaturas de trabajo son bajas, evitando la cascarilla buen acabado superficial. Las temperaturas son suficiente altas para reducir los esfuerzos de fluencia.

14 Propósito de la deformación Procesos primarios: Destruir estructuras fundidas, está conformado para sufrir pasos de deformación posteriores. Procesos secundarios: Procesos posteriores al primario y de los cuales se obtienen los productos terminados.

15 Procesos de estado estable Trabajo en frío El material se somete a un endurecimiento durante su paso por la matriz. Permite el cálculo de un valor de deformación medio para todo el proceso.

16 Procesos de estado no estable En procesos como la compresión, la geometría de la pieza cambia constantemente. El análisis debe repetirse para varios puntos en el tiempo.

17 Forjado Es una de las técnicas de manufactura más importante. Tipos: Forjado de matriz abierta Forjado por matriz de impresión Forjado por matriz cerrada

18 Forjado

19 Forjado Las piezas fabricadas por el forjado de matriz abierta no tienen tanta exactitud como las piezas fabricadas en el sistema de forjado de matriz cerrada o de impresión. Las herramientas y equipo utilizado son sencillos y de no mucho precio. Permite una gran variedad de aplicaciones.

20 Forjado de matriz abierta Recalcado: Consiste en una acumulación o condensación de materias en una zona limitada de un producto acabado generalmente en forma de palanquilla, barra redonda, o perfil poligonal. Como se realiza por compresión axial se produce simultáneamente un acortamiento. Puede realizarse en frió o en caliente, siendo la primera la forma más usada. La orientación de la fibra permite obtener una mayor seguridad frente al cizallamiento que en otros procesos de maquinado. Los materiales más idóneos para este proceso son los aceros pobres en carbono, así como el cobre, aluminio y sus aleaciones. Incluso que pueden utilizar aceros aleados.

21 Recalcado Recalcado sin fricción Recalcado con fricción deslizante Recalcado con fricción adherida Recalcado con platinas sobresalientes Forjado de pieza sobresaliente

22 Forjado de matriz abierta Debastado Bataneo Rebordeado Recalcado de anillos Punzonado

23 Debastado Las compresiones individuales en forma secuencial van reduciendo poco a poco la altura de toda la longitud de la pieza de trabajo.

24 Bateado Se aplica cuando la pieza de trabajo tiene secciones gruesas. Se utiliza herramienta con superficies inclinadas y al momento de presionar el material se corre hacia la dirección del flujo del material.

25 Rebordeado Similar al proceso de bateado, solo que aquí se concentra el material en forma perpendicular a la carga direccionándolo al centro de las superficies inclinadas de la matriz.

26 Punzonado Las impresiones o agujeros se hacen en las piezas de trabajo mediante este proceso. El material desplazado fluye en sentido contrario al del punzón.

27 Estampado Usa más bien una impresión cerrada que dados de cara abierta. La forja se produce por presión o impacto, lo cual obliga al metal caliente y flexible a llenar la forma de los dados. En esta operación existe un flujo drástico del metal en los dados causado por los golpes repetidos sobre el metal.

28 Estampado

29 Forja de matriz cerrada La forja en matriz cerrada se utiliza mucho para alta producción. En el proceso, el metal es formado prensándose entre un por de dados. El dado superior se fija generalmente al ariete de una prensa de forja o a un martillo, mientras que el inferior queda sujeto al yunque. Juntos constituyen la matriz cerrada. Las operaciones se dividen en un número de pasos.

30 Forja de matriz cerrada El método permite obtener piezas de gran complejidad y exactitud, así como un buen acabado. Utilizada en la producción de piezas de peso reducido, de precisión y en lotes de 1000 a unidades.

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32 Forja de matriz cerrada

33 Forja Características: Elimina las bolsas de gas internas y otras inclusiones de metal, que podrían causar fallas no predecibles en piezas sometidos a esfuerzos o impactos elevados. Alta resistencia y tenacidad: Mediante la orientación adecuada de las fibras del metal, la forja desarrolla la máximo resistencia posible al impacta y a la fatiga, dando a demás a la pieza la ductilidad necesaria para resistir fallas baja impactos inesperados.

34 Forja Bondad de configuración: Muchas de las piezas forjadas se pueden producir aproximadamente a la configuración final estipulada, reduciéndose a un mínimo la necesidad de un maquinado posterior. Uniformidad de las piezas: Es posible obtener piezas que exhiban una amplia gama de propiedades físico mecánicas, dependiendo de los materiales, aleaciones y tratamientos térmicos.

35 Forja Ahorro de peso: La alta resistencia que puede ser desarrollada en las piezas forjados por la adecuada orientación del flujo de fibras, refinamiento de la estructura cristalina y tratamiento térmico, permite tener un peso más reducido que las piezas fabricadas con otros procesos. Economía: Se pueden producir piezas de configuración geométrica muy complicada que en otro caso tendrían que elaborar mediante el ensamble de varias partes.

36 Extrusión Este procedimiento nos permite obtener redondos, tubos y perfiles de alta complejidad. Es de mucha precisión, pero produce material de desecho. Se lleva el material a estado plástico, pastoso, y se le hace fluir a través de una boquilla que le otorga la forma deseada. La extrusión en caliente es un proceso que utiliza la gran maleabilidad de los materiales previamente calentados para formarlo.

37 Extrusión Consiste en forzar al material (contenido en una cámara de presión) mediante un émbolo a salir a través de una matriz formadora especial, que determina la sección transversal del producto. Este emerge como una barra continua que se corte a la longitud deseada. Los metales que más comúnmente se someten a extrusión son: El plomo, cobre, latón, bronce, aleaciones de aluminio y magnesio.

38 Extrusión Acero 1,100 1,250 ºC Cobre ºC Aluminio ºC El acero es más difícil de extruir a causa de su alta resistencia a la fluencia y su tendencia a soldarse a las paredes de la cámara de la matriz en las condiciones de alta temperatura y presión requeridas.

39 Extrusión a. Procesamiento directo. b. Procesamiento inverso. 1. pieza bruta calentada 1. pieza bruta calentada 2. matriz 2. matriz 3. vástago 3. orificio del troquel 4. troquel 4. vástago 5. orificio de la matriz 5. salida del metal

40 Extrusión

41 Estirado El material se deforma en compresiónjalando el extremo deformado (compresión indirecta). En la aplicación de alambre también se llama trefilado. Los tubos sin costura también pueden ser estirado, para cambiar de forma (redondo a cuadrado).

42 Trefilado

43 Laminado El proceso de deformación en el cual el metal pasa entre dos rodillos y se comprime mediante fuerzas de compresión ejercidas por los rodillos. Los rodillos giran, para jalar el material y simultáneamente apretarlo entre ellos. Un proceso estrechamente relacionado es el laminado de perfiles, en el cual una sección transversal cuadrada se transforma en un perfil.

44 Laminado Los metales laminados en caliente están generalmente libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrópicas. Las desventajas del laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y la superficie presenta una capa de óxido característica.

45 Laminado La mayoría de los procesos de laminado involucra una alta inversión de capital, ya que se requiere equipos pesados llamados molinos laminadores o de laminación. La mayoría de los productos laminados se realizan en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida.

46 Laminado La temperatura de laminación es de alrededor 1,200 C

47 Laminado Varias configuraciones de molinos de laminación: (a) dos rodillos, (b) tres rodillos, (c) cuatro rodillos, (d) molino en conjunto y (e) molino de rodillos en tándem

48 Tipos de laminado 1. Angular 2. En T 3. Doble T 4. En U 5. En Z 6. Rail 7. Redondo 8. Cuadrado 9. Hexagonal

49 Laminado de anillos Laminado de anillos El laminado de anillos es un proceso de deformación que lamina las paredes gruesas de un anillo para obtener anillos de paredes más delgadas, pero de un diámetro mayor. Conforme el anillo de paredes gruesas se comprime, el material se alarga, ocasionando que el diámetro del anillo se agrande. El laminado de anillos se aplica usualmente en procesos de trabajo en caliente para anillos grandes y en procesos de trabajo en frío para anillos pequeños.

50 Laminado de anillos Las aplicaciones de laminado de anillos incluyen: collares para rodamientos de bolas y rodillos, llantas de acero para ruedas de ferrocarril y cinchos para tubos, recipientes a presión Máquinas rotatorias. Las paredes de los anillos no se limitan a secciones rectangulares, el proceso permite la laminación de formas más complejas. Las ventajas del laminado de anillos sobre otros métodos para fabricar las mismas partes son: el ahorro de materias primas, la orientación ideal de los granos para la aplicación y el endurecimiento a través del trabajo en frío.

51 Laminado de anillos

52 Laminado transversal Laminado de cuerdas El laminado de cuerdas se usa para formar cuerdas en partes cilíndricas, mediante su laminación entre dos dados. Es el proceso comercial más importante para producción masiva de componentes con cuerdas externas (pernos y tornillos, por ejemplo).

53 Laminado de cuerdas

54 Laminado de engranes Laminado de engranes Éste es un proceso de formado en frío que produce ciertos engranes. La industria automotriz es un importante usuario de estos productos. Las características de deformación de los cilindros o discos se orientan paralelamente a su eje (o a un ángulo en el caso de engranes helicoidales) en lugar de la espiral del laminado de cuerdas.

55 Laminado de engranes

56 Laminado transversal Ventajas: Altas velocidades de producción Mejor resistencia a la fatiga Menos desperdicio de material

57 Conclusiones Se puede encontrar un proceso de deformación volumétrica casi para cualquier pieza. El trabajo en frío ofrece productos de resistencia incrementada, tolerancias y acabado superficial buenos. En el trabajo en frío se obtiene menor ductilidad y elevados esfuerzos de fluencia, presión de la matriz y fuerzas de deformación mayores.

58 Conclusiones El trabajo en caliente ofrece esfuerzos de fluencia menores. Consumo de energía extra, tolerancias y acabados superficiales más burdos. Las condiciones de trabajo: temperaturas elevadas, herramientas altamente esforzadas, operación rápida y vibración son un riesgo para los trabajadores, es necesario que usen su EPP. Adema s deben existir guardas y mecanismos de seguridad apropiados.