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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA.
UNIVERSIDAD ALONSO DE OJEDA.
PROCESOS DE MANUFACTURA I
UNIDAD II Y III
PROCESOS DE DEFORMACION VOLUMETRICA Y PROCESO DE
CONFORMACION DE LAMINAS
CIUDAD OJEDA, MARZO DE 2013.
ESQUEMA
UNIDAD II. PROCESOS DE DEFORMACION VOLUMETRICA
1. PROCESO DE FORJADO
2. PROCESO DE EXTRUSION
2.1 PROCESO DE EXTRUSION EN FRIO
2.2 PROCESO DE EXTRUSION EN CALIENTE
3. PROCESO DE ESTIRADO
3.1 CAPACIDADES
3.2 ASPECTOS DE DISEÑOS
4. PROCESO DE LAMINADO
4.1 LAMINADO DE FORMAS
4.2 LAMINADO DE ANILLOS
UNIDAD III. PROCESO DE CONFORMACION DE LAMINAS
1. PROCESO DE CIZALLADO
1.1 EQUIPOS UTILIZADOS
1.2 CALIDAD DE CORTE
2. PROCESO DE DOBLADO
2.1 LIMITES DE DOBLADO
2.2 METODOS DE DOBLADO
3. PROCESOS DE FORMADO POR ESTIRADO
3.1 PROCESO DE EMBUTIDO. EMBUTIDO PROFUNDO
3.2 ESTIRADO EMBUTIDO
4. PROCESOS DE PRENSADO
4.1 EQUIPOS UTILIZADOS
DESARROLLO
UNIDAD II. PROCESOS DE DEFORMACION VOLUMETRICA
1. PROCESO DE FORJADO
La forja es el trabajo de un metal por medio de fuerzas de compresión
localizadas, aplicadas con martillos de mano o mecánicos, prensas o máquinas de
forjar especiales. Puede hacerse en frío o en caliente, pero cuando es en frío los
procesos reciben generalmente varios nombres especializados. En consecuencia
el término “forja” se asocia comúnmente a la forja en caliente.
En el proceso de forja el metal puede ser:
Estirado: aumentando así su longitud y disminuyendo su sección transversal.
Recalcado: lo que causa un aumento de sección y disminución de la longitud.
Comprimido: en matrices de impresión cerradas, lo que origina un flujo multi –
direccional.
FORJA CON MARTILLO
Es el mismo tipo de forja que hace el herrero, pero en la práctica moderna
se realiza por medio de un martillo mecánico. Se coloca el metal caliente sobre un
yunque y se le golpea repetidamente. El yunque y el martillo son chatos, y el
operador obtiene la forma deseada en la pieza, girándola y manipulándola entre
golpe y golpe de martillo. Usa también a veces herramientas de formas especiales
que coloca entre el martillo y la pieza, para facilitar el forjado de secciones
redondas, para hacer agujeros o en cortes.
FORJA CON MARTINETE
Si bien la forja de herrero es simple y flexible, el método no es adecuado
para producción masiva, ya que es lento y la forma y tamaño resultantes
dependen enteramente del operario. La forja con martinete superar estas
dificultades.
La forja con martinetes se usan matrices cerradas. Se une una mitad de la
matriz al martillo y la otra al yunque del martinete. Se coloca el metal caliente en la
cavidad interior de la matriz y se golpea varias veces con la parte superior. Este
martilleo, dentro de la matriz cerrada, hace que el metal fluya en varias direcciones
de modo de llenar la cavidad del molde. Cualquier exceso de metal es apretado
entre las capas de la matriz en la periferia de la cavidad y eliminado en forma de
rebaba. Una vez completada la forja, se quita la rebaba por medio de una matriz
recortadora o desbarbadota. Las matrices cerradas y la restricción impuesta al
flujo en ciertas direcciones por la forma de la cavidad, hacen que el flujo pueda ser
dirigido en las direcciones deseadas y que pueda obtenerse una estructura de
fibras conveniente.
FORJA CON PRENSA
La forja con prensa emplea una acción lenta de compresión para deformar
el metal. En la forja con martinete, gran parte de la energía de impacto se disipa
cerca de la superficie del metal y por lo tanto no es posible forjar grandes
secciones con martinetes; la lenta acción de la prensa de forjar, por el contrario,
penetra completamente a todo el metal.
Las prensas de forjar se fabrican en tamaños muy grandes. Durante algún
tiempo han sido comunes capacidades de hasta 18.000 toneladas, y estos últimos
años han sido puestas en operación prensas de 35.000 y 50.000 toneladas.
Muchas piezas forjadas con prensas se completan en solo cierre de las matrices.
Las forjas con prensas requieren menos salida que las piezas forjadas con
martinete, y tienen por lo tanto mayor exactitud dimensional.
2. PROCESO DE EXTRUSION
Como lo sugiere la raíz latina (extrudere: empujar hacia fuera) en el proceso
de extrusión la pieza de trabajo se impulsa contra la matriz de deformación
mientras se soporta en un recipiente contra la deformación no controlada. Como la
pieza de trabajo está en compresión, el proceso ofrece la posibilidad de grandes
deformaciones acopladas con una gran elección de secciones transversales
extruidas.
Tipos de extrusión
1. En la extrusión directa o hacia adelante el producto emerge en la misma
dirección que el movimiento del punzón. El punto verdaderamente
importante es que, para que suceda la extrusión, la palanquilla se debe
mover contra una resistencia por fricción en la pared del contenedor.
2. En la extrusión indirecta (invertida o hacia atrás), el producto viaja contra el
movimiento de un punzón. Lo mas importante es que la palanquilla esta en
reposo en el recipiente; así, la fricción del recipiente no tiene función
alguna.
2.1 PROCESO DE EXTRUSION EN FRIO
El propósito de la extrusión en frio es principalmente producir una parte
terminada, por lo que el residuo (tocho) en el recipiente se convierte en una parte
integral del producto terminado (por ejemplo, en la extrusión hacia adelante del
cuerpo de un perno o de un semieje automotriz, o en la extrusión hacia atrás de un
tubo de pasta dental).
La baja resistencia del flujo del estaño y del plomo facilita su extrusión
temprana en frio para tubos colapsables. El punto de fusión bajo de estos metales
significa que en realidad se extruyen en el régimen de trabajo en caliente o en
tibio. La extrusión en frio verdadera sucede con el aluminio, en este caso la
lubricación se vuelve crítica; no obstante, es posible una deformación severa. Solo
se toleran razones de extrusión más pequeñas con el cobre y el latón; la extrusión
en frio del acero sería imposible sin un lubricante que soporte presiones muy
elevadas en el momento en que sigue la extensión de la superficie.
El endurecimiento por deformación ofrece un valioso incremento en la
resistencia. La extrusión en frio ha hecho grandes incursiones en la industria
automotriz y de equipo en general, para partes previamente fabricadas por
maquinado
2.2 PROCESO DE EXTRUSION EN CALIENTE
Aunque la deformación en caliente es típica de los procesos primarios, la
extrusión en caliente de formas ofrece un panorama tan amplio para el diseño a la
medida, que este proceso se puede considerar de manera justificada como una
técnica de manufactura secundaria. Comúnmente las formas se clasifican en tres
grupos según su complejidad.
1. Las formas solidas se producen al realizar la extrusión a través de una
matriz estacionaria adecuadamente formada.
2. Los productos huecos necesitan un inserto en la matriz que forma la
cavidad en el producto extruido.
3. Los productos semihuecos parecen ser secciones sólidas, pero su forma
hace impráctica el empleo de una matriz de una sola pieza. La lengüeta de
la matriz que crea la forma interna está conectada al contorno externo por
una sección transversal tan pequeña que se rompería; por lo tanto se
deben usar las técnicas similares a la extrusión de secciones huecas.
Las aleaciones de aluminio se extruyen de manera isotérmica, sin lubricante y
con matrices planas hechas de aceros utilizados para matrices para trabajo en
caliente, El cortante a lo largo de la zona de metal muerto proporciona superficies
nuevas y brillantes. El cobre y el latón se extruyen sobre todo sin lubricación, no
isotérmicamente. El enfriamiento del recipiente más frio y de la matriz limita la
complejidad y la esbeltez de las formas. Esto también es cierto para la extrusión
den caliente del acero, por lo general llevado a cabo con un lubricante de vidrio
que cubre la palanquilla y se derrite de una manera controlada para crear una
aproximación de forma óptima a la matriz; algunas veces se producen longitudes
mas cortas y secciones más delgadas con lubricantes de grafito. Con frecuencia
las matrices se recubren con un cerámico para protección.
3. PROCESO DE ESTIRADO
En el contexto de los procesos de deformación volumétrica, el estirado es
una operación donde la sección transversal de una barra, varilla o alambre se
reduce al tirar del material a través de la abertura de un dado como se muestra en
la figura 3.46. Las características generales del proceso son similares a la
extrusión, la diferencia es que en el estirado el material de trabajo se jala a través
del dado, mientras que en la extrusión se empuja a través del dado. Aunque la
presencia de esfuerzos de tensión es obvia en el estirado, la compresión también
juega un papel importante ya que el metal se comprime al pasar a través de la
abertura del dado. Por esta razón, la deformación que ocurre en estirado se llama
algunas veces compresión indirecta.
La diferencia básica entre el estirado de barras y el estirado de alambre es
el diámetro del material que se procesa. El estirado de barras se refiere al material
de diámetro grande, mientras que el estirado de alambre se aplica al material de
diámetro pequeño. En el proceso de estirado de alambres se pueden alcanzar
diámetros hasta de 0.03 mm. Aunque la mecánica del proceso es la misma para
los dos casos, el equipo y la terminología son de alguna manera diferentes.
El estirado de barras se realiza generalmente como una operación de
estirado simple, en la cual el material se jala a través de la abertura del dado.
Debido a que el material inicial tiene un diámetro grande, su forma es más bien
una pieza recta que enrollada. Esto limita la longitud del trabajo que puede
procesarse y es necesaria una operación tipo lote, Por el contrario, el alambre se
estira a partir de rollos de alambre que miden varios cientos (o miles) de metros de
longitud y pasa a través de una serie de dados de estirado. El número de dados
varía entre cuatro y doce. El término estirado continuo (en inglés, continuous
drawing) se usa para describir este tipo de operación, debido a las grandes
corridas de producción que pueden realizarse con los rollos de alambre, ya que
pueden soldarse a tope con el siguiente rollo para hacer la operación
verdaderamente continua.
En una operación de estirado, la modificación en el diámetro del material de
trabajo se da generalmente por la reducción de área definida como sigue:
3.1 CAPACIDADES. pendiente
3.2 ASPECTOS DE DISEÑOS
Equipo de estirado El estirado de barras se realiza en una máquina llamada
banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor para dado
(que contiene el dado de estirado), la corredera y el armazón de salida, El arreglo
se muestra en la figura 3.47.
La corredera se usa para jalar el material a través del dado de estirado.
Está accionado por cilindros hidráulicos o cadenas movidas por un motor. El
bastidor del dado se diseña frecuentemente para contener más de un dado, de
manera que se puedan estirar varias barras simultáneamente a través de los
respectivos dados.
El estirado del alambre se hace con máquinas estiradoras continuas que
contienen múltiples dados de estirado separados por tambores de acumulación,
como se ilustra en la figura 3.48. Cada tambor, llamado cabestrante o molinete, es
movido por un motor que provee la fuerza apropiada para estirar el alambre a
través del dado correspondiente. También mantiene una tensión regular en el
alambre que pasa al siguiente dado de estirado. Cada dado realiza una cierta
reducción en el alambre, y así se alcanza la reducción total deseada. Algunas
veces se requiere recocido del alambre entre los grupos de dados, dependiendo
del metal que se procesa y de la reducción total que se realiza
4. PROCESO DE LAMINADO. Pendiente
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 (láminas, placas, etc.).
Aspecto de diseños en procesos de laminado
• Es un proceso en el que se reduce el espesor de una pieza.
• Son comprimidas y ejercidas por un juego de rodillos.
• El resultado puede ser (el papel aluminio, cigarrillos).
• Es materia prima como troquelado, el doblado entre otros.
• Generalmente el proceso se realiza en caliente.
4.1 LAMINADO DE FORMAS. pendiente
4.2 LAMINADO DE ANILLOS. pendiente
UNIDAD III. PROCESO DE CONFORMACION DE LAMINAS
1. PROCESO DE CIZALLADO
Es un proceso de corte para láminas y placas, produce cortes sin que haya
virutas, calor ni reacciones químicas. El proceso es limpio rápido y exacto, pero
está limitado al espesor que puede cortar la máquina y por la dureza y densidad
del material. El cizallado es él término empleado cuando se trata de cortes en
línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se
efectúan con punzo cortado y perforación. El cizallado suele ser en frió en especial
con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de
fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los
metales.
El cizallado llamado también guillotinado en ciertas actividades se hacen en
frió en la mayoría de los materiales. En general es para cortes rectos a lo ancho o
a lo largo del material, perpendicular o en ángulo. La acción básica del corte
incluye bajar la cuchilla hasta la mesa de la máquina, para producir la fractura o
rotura controladas durante el corte. La mayoría de las cuchillas tienen un pequeño
ángulo de salida. Para ciertas operaciones específicas como punzonado o
perforado, no hay esos ángulos de alivio.
1.1 EQUIPOS UTILIZADOS
Tijera manual para cortar chapas: Se emplea para cortes cortos en
chapas delgadas, ya sea de forma lineal o curva.
Cizalla de mesa: Se emplea para cortes de chapas delgadas de longitudes
mayores. Durante el corte se golpea la cuchilla de cizallamiento superior contra la
cuchilla de cizallamiento inferior.
Cizalla de palanca: Esta se emplea para cortes curvos y rectos para
chapas de espesor medio, y para el corte de perfil. La cuchilla de cizallamiento
superior está apoyada de forma giratoria, se mueve a través de una transmisión
por palanca contra la cuchilla de cizallamiento inferior.
El proceso de cizallamiento se desarrolla en tres etapas:
1. Entallar.
Cuando se sientan los filos se encoge un tanto el material bajo el efecto de
fuerza. Tan pronto como pasa su límite de elasticidad, los filos entallan el material.
Entalladura: 1. cuchilla superior de cizallamiento, 2. chapa entallada, 3. cuchilla
inferior de cizallamiento.
2. Corte:
Mediante la penetración mes profunda sobrepasan las cuchillas de
cizallamiento la resistencia interior de la estructura del metal y entrecortan la
pieza.
Corte: 1. cuchilla superior de cizallamiento, 2. chapa cortada, 3. cuchilla inferior de
cizallamiento
3. Desgarre.
Las cuchillas de cizallamiento aplastan el material entre los dos filos, ante esto se
fortalece el material. Como ahora los filos no pueden penetrar más, desgarran el
material restante con el efecto de fuerza posterior.
Rasgado: 1 cuchilla superior de cizallamiento, 2 chapa rasgada, 3 cuchilla inferior
de cizallamiento.
1.2 CALIDAD DE CORTE
Corte simple.
- Se fija en el panel la opción de corte simple.
- Se coloca la chapa.
- Se fijan los segundos de corte.
- Se acciona la máquina con el mando de pie, ésta realizará un único corte durante
los segundos que se hayan fijado.
Corte cíclico A.
- Se fija en el panel la opción de corte cíclico.
- Se coloca la chapa.
- Se fijan los segundos de corte.
- Se acciona la máquina con el mando de pie.
- La máquina realiza cortes hasta que el operario la detenga con el botón de paro.
Corte cíclico B.
- Se fija en el panel la opción de corte cíclico.
- Se activa el contador de cortes.
- Se coloca la chapa.
- Se fijan los segundos de corte.
- Se fija el número de ciclos o cortes a realizar.
- Se acciona la máquina con el mando de pie.
- La máquina realiza cortes hasta que el Contador de cortes alcance el número
fijado.
2. PROCESO DE DOBLADO
El doblado es un proceso de conformado sin separación de material y con
deformación plástica utilizado para dar forma a chapas. Se utiliza, normalmente,
una prensa que cuenta con una matriz –si es con estampa ésta tendrá una forma
determinada- y un punzón -que también puede tener forma- que realizará la
presión sobre la chapa. En el proceso, el material situado a un lado del eje neutro
se comprimirá –zona interior- y el situado en el lado opuesto –zona exterior- será
traccionado como consecuencia de los esfuerzos aplicados. Esto provoca también
un pequeño adelgazamiento en el codo de la chapa doblada, cosa que se acentúa
en el centro de la chapa.
A consecuencia de este estado de tracción-compresión el material tenderá
a una pequeña recuperación elástica. Por tanto, si queremos realizar un doblado
tendremos que hacerlo en un valor superior al requerido para compensar dicha
recuperación elástica. Otra posible solución es realizar un rebaje en la zona de
compresión de la chapa, de esta forma aseguramos que toda la zona está siendo
sometida a deformación plástica. También podría servir estirar la chapa así
aseguramos que toda la zona supera el límite elástico.
Según el ángulo o la forma que queramos dar al doblado existen matrices
que nos proporcionan la forma deseada.
El doblado de metales es la deformación de láminas alrededor de un
determinado ángulo. Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son
mayores a 90 grados), cerrados (menores a 90°) o rectos. Durante la operación,
las fibras externas del material están en tensión, mientras que las interiores están
en compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la
lámina metálica.
2.1 LIMITES DE DOBLADO
Para la obtención de un buen doblado deben tenerse en cuenta 3 factores:
La pieza no debe sufrir ningún movimiento anormal durante el doblado.
Los radios interiores de doblado serán como mínimo igual al espesor de la
chapa.
Las superficies del punzón o matriz en contacto con la chapa estarán lo más
lisas y pulidas posible
Hay dos potenciales formas de falla por doblado: el material en el lado
externo puede fallar en tensión por formación de cuello o fractura; en el lado
interno puede fallar por pandeo.
La deformación en la fibra externa es (h/r) y la falla ocurre cuando (h/r) > c.
la formación de pandeo depende principalmente de (h / t)
Wood determinó límites de conformado para diversos perfiles y materiales
con tensión aplicada. El límite de conformado se muestra en la figura e la derecha.
Con mayor tensión aplicada, la falla ocurre a menores valores de (h/r) y la falla por
pandeo ocurre a mayores valores de (h/t)
2.2 METODOS DE DOBLADO
El doblado de metales es la deformación de láminas alrededor de un
determinado Ángulo. Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son
mayores a 90
grados), cerrados (menores a 90°) o rectos. Durante la operación, las fibras
externas del material están en tensión, mientras que las interiores están en
compresión.
El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lámina
metálica.
Existen diferentes formas de doblado, las más comunes son: doblado entre dos
formas y doblado deslizante.
Doblado entre formas:
En este tipo de doblado, la lámina metálica es deformada entre un punzón
en forma de V u otra forma y un dado. Se pueden doblar con este punzón desde
ángulos muy obtusos hasta ángulos muy agudos. Esta operación se utiliza
generalmente para operaciones de bajo volumen de producción.
3. PROCESOS DE FORMADO POR ESTIRADO. pendiente
3.1 PROCESO DE EMBUTIDO. EMBUTIDO PROFUNDO
El embutido consiste en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego
presionándolo hacia la cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la
cual quedará formada la lámina.
Un ejemplo de embutido es la fabricación de una copa metálica. Para este
caso, un blanco de diámetro Db es embutido en un dado por un punzón de
diámetro Dp. Los radios en las esquinas del dado y el punzón están dados por Rp
y Rd. El punzón ejerce una fuerza F hacia abajo para lograr la deformación del
metal; además, una fuerza Fh es aplicada hacia abajo por la placa sujetadora, que
estabilizará el flujo de la lámina para que éste sea parejo. El punzón baja hasta
que la lámina ha quedado introducida en la luz entre punzón y matriz, y el
resultado es una pieza fabricada en forma de cilindro de diámetro Dp. (Ver Figura
No. 12)
El número de etapas de embutición depende de la relación que exista entre
la magnitud del disco y de las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad
de embutición, del material y del espesor de la chapa1 . Es decir, cuanto más
complicadas las formas y más profundidad sea necesaria, tanto más etapas serán
incluidas en dicho proceso.
Figura. Piezas embutidas en varias etapas
3.2 ESTIRADO EMBUTIDO. pendiente
4. PROCESOS DE PRENSADO
La maquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frio y
algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene
una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el
ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada.
Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones diseñada para
cietas operaciones especificas. La mayoría de operaciones de formado,
punzonado y cizallad, se pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan
matrices y punzones adecuados.
Las prensas tienen capacidad para la producción rápida, puesto que el
tiempo de operación es solamente el que necesita para una carrera del ariete, mas
el tiempo necesario para alimentar el material. Por consiguiente se pueden
conservar bajos costos de producción.
Tiene una adaptabilidad especial para los métodos de producción en masa,
como lo evidencia su amplia aplicación en la manufactura de piezas para
automóviles y aviones, artículos de ferretería, juguetes y utensilios de cocina.
TIPOS DE PRENSAS Y SU CLASIFICACIÓN
No es muy correcto llamar a una prensa, prensa dobladora, prensa de
repujado, o prensa cortadora, entre otras, pues los tres tipos de operaciones se
pueden hacer en una maquina. A algunas prensas diseñadas especialmente para
un tipo de operación, se le puede conocer por el nombre de la operación, prensa
punzonadora o prensa acuñadora. La clasificación esta en relación a la fuente de
energía, ya sea operada manualmente o con potencia. Las maquinas operadas
manualmente se usan para trabajos en lamina delgada de metal, pero la mayor
parte de maquinaria para producción se opera con potencia. Otra forma de
agrupar a las prensas, esta en función del numero de arietes o los métodos para
accionarlos.
Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben
considerar:
El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida, y
la velocidad de la operación. Para la mayoría de las operaciones de punzonado,
recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o
excéntrica. En estas prensas, la energía del volante se puede transmitir al eje
principal, ya sea directamente o a través de un tren de engranes. La prensa de
junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuñado, prensado o
forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema.
Tipos de prensas
sujetados y columnas de guía
4.1 EQUIPOS UTILIZADOS BIBLIOGRAFÍA Consultado el 08-03-13 http://www.uantof.cl/caim/Asignaturas/ProcesosII/FORJA.pdf Consultado el 08-03-13 http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-324.pdf Consultado el 08-03-13 http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/1578_conformado.pdf
Schey, JHON (2002). Procesos de Manufactura. Tercera edición Mc
Graw Hill. España