TRABAJO EN FRÍO DE LOS METALES

Transcripción

1 TRABAJO EN FRÍO DE LOS METALES

2 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Mejor acabado superficial. Trabajo en frío de los metales. Características Tolerancias dimensionales más estrechas. Cambio en las propiedades físicas (se pueden ajustar las propiedades mecánicas de acuerdo con las necesidades del producto). Mayor capacidad para ser deformados por cargas de tracción. Mayor consumo de energía para la deformación. Anisotropía. Necesidad de recocidos intermedios, en el caso de grandes porcentajes de deformación.

3 Procesos de trabajo en frío. Estirado Compresión: Doblez: Corte o desprendimiento: Barras Tubos Alambre Embutido con planchado Acuñado Laminado Forja en frío Formado de roscas Extrusión Remachado Doblado Rolado Doblado de placa Engargolado Formado con rodillos Troquelado Punzonado Corte de cinta Recorte Perforado Ranurado Corte con cizalla Procesos de aplicación particular: Formados por alta energía Formado superplástico

4 Estirado. Este tipo de operación consiste en reducir o cambiar la sección transversal del material al someterlo a un esfuerzo de tracción cuando atraviesa una matriz.

5 Estirado. El proceso es similar al de extrusión con la diferencia de estar sometiendo al material a un esfuerzo de tracción. Con este tipo de proceso se fabrican todo tipo de alambres, barras y varillas, distinguiéndose entre ellos en función del diámetro final alcanzado con el producto. También se pueden fabricar perfiles huecos.

6 Estirado de alambre. Proceso de fabricación Laminado en caliente Decapado Estirado del alambre (Alambrón) o tubo (se aplican recocidos intermedios de ser necesario). Dado de Estirado

7 Banco de Estirado.

8 Banco de estirado de 5 etapas.

9 Estirado de alambre. Para producir barras (diámetro mayor de 6 mm), se utilizan mesas o camas de estirar que pueden tener hasta más de 30 m de carrera; en este caso son posibles velocidades comprendidas entre los 10 y 30 m/min. Dichos equipos llegan a tener una capacidad aún mayor a las 130 toneladas de carga. Mesa de Estirado de barra

10 Dados de estirado.

11 Estirado.

12 Estirado. Campana o entrada del dado. Se da el arrastre de lubricante con el material. Cono o zona de aproximación. Su ángulo es determinante en la carga requerida para el proceso y será definido de acuerdo con las características del material. Zona de deslizamiento o de ajuste de las dimensiones. En esta zona el diámetro permanece constante y no hay reducción aunque si una carga apreciable debida a la fricción. Su principal función es permitir reajustes del dado (debido al desgaste); si la longitud de la zona fuera cero no se podría recalibrar el dado En la práctica su longitud es de aproximadamente 2/3 del diámetro del dado. Salida. Su conicidad permite la recuperación elástica del material, asimismo reduce la posibilidad de desgaste cuando el dado está mal alineado.

13 Estirado. El ángulo del dado es determinante en la carga requerida. El óptimo será aquel que minimice la energía necesaria para la deformación, la cual está determinada por tres componentes: Trabajo de deformación. Está definido por la deformación inherente al proceso. Carga de fricción. Depende del área de contacto y por tanto de la conicidad del dado. Trabajo redundante. Es la energía extra necesaria para doblar primero en una dirección determinada las fibras del material y después regresarlas a la dirección de flujo. Es evidente que este término será mayor cuando el ángulo del dado se incremente. Metal Ángulo Optimo Aluminio 24 Cobre 12 Acero 6

14 Defectos generados en estirado. Defectos del material de partida, como podrían ser grietas o fisuras Limpieza inadecuada. El material está todavía recubierto con escamas de óxido que producen desgaste excesivo del dado y ralladuras sobre la pieza. Mal acabado del dado. Produce rayas longitudinales en el producto. La fractura del material es un caso extremo, en el que la carga de estirado supera la resistencia a la tracción del material. Para una reducción y conicidad fijas, esta posibilidad se incrementa con la fricción.

15 Estirado de tubo. Etapas del Proceso Lingote de fundición Formado del tubo Decapado Estirado de la barra hueca previamente formada por extrusión o perforado y estirado

16 Estirado de tubo.

17 Fig Mesa de estirado. Éstas pueden ser mecánicas o hidráulicas (inferior).

18 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Carga de estirado tubo-.

19 Rechazado.

20 Rechazado por corte.

21 Rechazado por corte.

22 Hasta 1400MPa de presión Acuñado.

23 Remachado.

24 Estacado.

25 Formado por rodillos.

26 Formado por rodillos.

27 El formado con rodillos permite la producción de laminas acanaladas.

28 Rolado. Descripción esquemática del mecanismo de operación de una roladora. Roladora con capacidad de 10 a 35 mm y longitud de hasta 4 m.

29 Rolado de barras o perfiles.

30 Esquema de una dobladora para tubo.

31 Dobladora de lámina.

32 Dobladora de cortina. Máquina CNC electro-hidráulica, puede tener hasta 12 m de longitud de la mesa y KNew de capacidad

33 Engargolado para la fabricación de latas.

34 Ensamble de un filtro de aceite y de una lata de 3 piezas por engargolado.

35 Conformado de chapa. Este conjunto de procesos de conformado por deformación plástica es específico para el procesado de láminas delgadas de metal con espesores típicos que oscilan entre 0.4 y 6 mm. La materia prima de estos procesos procede de un proceso de laminación y ésta se procesa normalmente en frío; aunque en el caso de grandes espesores, materiales frágiles o deformaciones significativas se procesa a temperaturas más elevadas pero siempre por debajo de la recristalización.

36 Diseños construidos en base a lámina. MP44 CETME C Heckler & Koch G3

37 Troquelado, punzonado. Este tipo de procesos se basan en la generación de una geometría plana sobre una chapa de metal mediante el corte del perfil de la misma con una matriz (troquel, punzón).

38 Troquelado, punzonado. Aunque el principio del proceso es el mismo, se habla de troquelado cuando se genera el corte a lo largo de una línea cerrada para separar la pieza del material circundante, y se habla de punzonado cuando el material cortado es el que se desecha y el que permanece es la pieza deseada.

39 Troquelado, punzonado. El proceso de corte que se produce se muestra en la siguiente figura:

40 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Fig Holgura entre matriz y punzón

41 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Troquelado, punzonado. La holgura entre matriz y punzón oscila entre el 2% y 8% del espesor de la chapa como término general, y depende del material considerado. La fuerza requerida para el corte se estima con la expresión: F = 0.7 e L sultìmo e espesor, L Longitud del perfil cortado

42 Cizallado. El cizallado consiste en el corte de una lámina a través de una línea recta abierta. En este caso, la diferencia con las variantes anteriores sólo reside en la geometría del corte.

43 Doblado. Esta técnica es una de las más comunes en el conformado por deformación, y atiende a la deformación del material alrededor de un eje recto.

44 Doblado.

45 Doblado.

46 Embutido. Usualmente los materiales más ocupados en procesos de embutición son aquellos con mayor ductilidad como las aleaciones de aluminio o cobre en comparación con los aceros.

47 Embutición. Este proceso permite la obtención de piezas huecas de diversa forma (acopada, de caja, etc.). El principio básico consiste en empujar el material en forma de lámina sobre la cavidad de una matriz mediante un punzón.

48 Embutición. El esquema del proceso se muestra en la siguiente figura:

49 Embutición. Este proceso puede efectuarse en etapas sucesivas (sobre todo cuando no se cumplen las condiciones antes citadas), con el objeto de tener la pieza definitiva. Estas operaciones reciben el nombre de reembutición.

50 Embutición. Para que el proceso se produzca es necesario que exista una holgura entre el punzón y matriz que permite la fluencia de la chapa. Esta holgura es del orden de un 10% superior que el espesor de la chapa. La severidad de la operación se establece con la relación existente entre la dimensión de la chapa inicial y la dimensión del punzón. El valor límite típico de dicha relación es de 2, aunque depende de los radios del punzón y de la matriz (Rp y Rm), de las condiciones de la fricción, de la profundidad del embutido y de las características del material (ductilidad, anisotropía).

51 Embutición. Un proceso que comparte las características de la embutición y la forja con estampa es el estampado de chapa, que permite el grabado de indentaciones, la generación de muescas, cortes, etc.

52 Carga de embutido. Para que el proceso se produzca es necesario que exista una holgura entre el punzón y matriz que permite la fluencia de la chapa. Esta holgura es del orden de un 10% superior que el espesor de la chapa. La severidad de la operación se establece con la relación existente entre la dimensión de la chapa inicial y la dimensión del punzón. 0 Relación de embutido donde diámetro inicial 0 diámetro final (punzón) f f

53 Carga de embutido. Otro parámetro a controlar en el proceso es la relación entre el espesor y la dimensión original de la chapa. Es recomendable que esta relación sea superior al 1%, ya que si el valor es inferior se aumenta la tendencia al arrugado del material. e 1% 0 donde e espesor del material

54 Carga de embutido. Al considerarse que el espesor e se mantiene constante (deformación plana) e cte 0 d zz 0 zz

55 Carga de embutido. La carga de embutido (sin considerar pisadores) queda: Como f emb s 2 ln r s 0 rf t r emb A Para que no exista adelgazamiento 2 r t emb f f emb r 0 A s emb emb 0 f s ln 0 s Considerando a los pisadores, se puede suponer en una primera instancia que la carga por efecto de tenerlos aumenta de un 15 a 25% de la calculada sin considerarlos. 0 r f

56 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Carga de embutido. Considerando igualdad: 2 s s ln s ln emb s f 3 f 2 s ln f 3 0 ln 2 f 0 f e ( f ) s s s s 0 s0 3 s s s 1 3 s x x y s s s y 0

57 Carga de embutido. Para el pisador p 0 p r f r 3 r fi s 200t f 2r 2 2r 2r 2 p 4 p 0 fi e p Donde: r0 radio inicial del material (disco de partida) ó blanco r radio interior de la pieza embutida r fi e s radio de la matriz de embutido m esfuerzo máximo del material t espesor del material m

58 Ejemplo. Se va a producir por embutido de chapa de acero, una lata, (siendo ésta de 2 piezas cuerpo y tapa-). Se ha elegido una lámina de calibre # 26 (0.45 mm). La lata es cilíndrica de 10 cms de diámetro por 13 de altura, con un radio inferior de 5mm. Calcule la capacidad de la prensa utilizada para el proceso, considerando que esta se emplea a no más de un 80% de su potencial. El esfuerzo de cedencia del material es de 140 MPa. Adicional a lo anterior, si se presenta un desperdicio del 10%, considerando que el costo del material es de $/kg y que la manufactura representa $0.10 para la tapa y $0.40. para el cuerpo así como $0.15. del engargolado; determine el costo de la lata. Considere que la densidad del acero es de 7.8 g/cm 3.

59 Troquel.

60 Troquel. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales

61 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Troquel progresivo de 10 etapas para alta producción.

62 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Fig Dibujo de ensamble de un troquel progresivo.

63 CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Diversos ejemplos de piezas producidas a partir de cinta metálica y procesadas en troqueles.

64 Carga de corte. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales f c tl como c m s m m 2 f 0.7lts donde s m m esfuerzo máximo (último) a la tracción l perímetro de la pieza t espesor de la lámina

65 Carga de corte. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Holgura -h-. h donde D D m p D m D 2 p diámetro de la matriz diámetro del punzón Metales suaves. h 0.045t 0.05t Aluminio duro y acero suave. h 0.06t Metales duros. h 0.08t 0.1t donde t espesor de la lámina

66 Carga de corte. Holgura -h-. Dm Dp h 2 donde en troquelado D m CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales diámetro de la matriz es el tamaño del corte a realizar D p diámetro del punzón es desconocido Dm Dp h 2 donde en punzonado D m diámetro de la matriz es quien lleva la holgura D p diámetro del punzón es es el tamaño del corte a realizar

67 Embutición. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Otro parámetro a controlar en el proceso es la relación entre el espesor y la dimensión original de la chapa. Es recomendable que esta relación sea superior al 1%, ya que si el valor es inferior se aumenta la tendencia al arrugado del material. La fuerza máxima necesaria para la operación en el caso de un disco de chapa se puede estimar con la expresión: Aunque debe tenerse presente que la fuerza varía en función del desplazamiento del punzón y alcanza el valor máximo a 1/3 del recorrido.

68 Gracias por su atención udiatem Fac. Ingeniería, UNAM Unidad de Investigación y Asistencia Técnica en Materiales

69 CAPÍTULO 1 Introducción

70 Doblado. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales El mecanismo de doblado se observa en la siguiente figura:

71 Doblado. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales En dicho proceso el radio mínimo que se puede obtener es función del tipo de material, su anisotropía y el grado de doblado que sufre. Dicho valor se expresa en función del espesor con la expresión:

72 Doblado. CAPÍTULO 5 Conformado mecánico de los metales Dicho proceso también presenta el fenómeno de recuperación elástica, que supone (por efecto del comportamiento del material) un ángulo de doblado final de la pieza inferior al de ejecución- Este efecto se elimina produciendo un doblado en exceso del material. El esfuerzo necesario para generar el doblado del material depende de la geometría de la matriz de doblado y se estima con la expresión: