El documento describe varios procesos de formado tradicionales como laminado, forja, trefilado y estirado. Explica que el laminado involucra la deformación de un material mediante rodillos, la forja usa compresión para dar forma a los metales, el trefilado reduce el diámetro de alambres a través de orificios cónicos, y el estirado deforma secciones redondas en frío para mejorar sus propiedades. También brinda detalles sobre los equipos y materiales involucrados en cada proceso.
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Procesos de Formado Tradicional
Laminado.
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 (laminas, placas, etc.).
Los procesos de laminado se realizan, en su gran mayoría, en caliente por la gran
deformación ejercida sobre el material trabajado. Además, los materiales
laminados en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones
residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente
son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que
la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica.
Laminado plano con recalentamiento previo:
Principales aplicaciones del laminado
El laminado se utiliza en los procesos de fabricación de los aceros, aluminio,
cobre, magnesio, plomo, estaño, zinc, y sus aleaciones. Casi todos los metales
utilizados en la industria, han sufrido una laminación en alguna etapa de su
conformación. Aunque la principal aplicación del laminado es la «laminación del
acero».
La laminación del acero
La principal aplicación de la laminación es la producción de acero. La temperatura
de la laminación del acero es de unos 1200 °C, los lingotes de acero iniciales, que
se obtienen por fundición, se elevan a dicha temperatura en unos hornos llamados
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«fosas de recalentamiento» y el proceso en el que elevamos la temperatura del
lingote recibe el nombre de «recalentado».
Los lingotes de acero recalentados pasan al molino de laminación en los que se
laminan para convertirlos en una de las tres formas intermedias: lupias, tochos o
planchas. Las lupias se utilizan para generar perfiles estructurales y rieles para
ferrocarril, los tochos se laminan para obtener barras y varillas. Y las planchas se
laminan para producir placas, laminas y tiras. El laminado posterior de las placas y
laminas suele realizarse en frío.
Como reducir la fuerza de laminación
Estas fuerzas pueden llegar a causar aplastamiento de los rodillos y deflexión que
afectan de forma negativa al proceso de laminado. Además el tren de laminación
(carcasa, cuñas y rodamientos) puede estirarse debido a estas fuerzas de forma
que el hueco de laminación se abra significativamente. En consecuencia los
rodillos deben de ajustarse más cerca de lo que se ha calculado así compensará
esta deflexión y se obtendrá el espesor deseado.
Procedimientos para reducir fuerzas de laminación.
a) Reducir la fricción.
b) Reducir el área de contacto reduciendo el diámetro de los rodillos.
c) Efectuando reducciones más pequeñas por pasada, a fin de reducir el
área de contacto.
d) Reducir la resistencia del material elevando la temperatura en el proceso.
Otro método es aplicando tensiones longitudinales a la tira durante la laminación
ya que éstas reducen los esfuerzos a la compresión requeridos para deformar
plásticamente. Las tensiones aplicadas a la tira pueden ser aplicadas en la zona
de entrada (tensión posterior) o en la zona de salida (tensión anterior o frontal) o
en ambas.
La tensión posterior es aplicada a la hoja sometiendo al rollo de suministro que
alimenta la hoja a una acción de frenado mediante un procedimiento adecuado.
La tensión anterior se aplica al aumentar la velocidad de rotación al rollo tensor. Si
la laminación se efectúa únicamente aplicando tensión anterior sin aplicar potencia
a los rodillos se llama laminación Steckel.
Laminado de perfiles
En el laminado de perfiles, el material de trabajo se deforma para generar la
sección transversal del perfil deseado. Por este procedimiento se realizan perfiles
de construcción como perfiles en I, en L y canales en U; rieles para vías de
ferrocarril y barras redondas y cuadradas, así como varillas. El material de trabajo
pasa a través de rodillos que tienen impreso el reverso de la forma deseada.
Los principios que se aplican al laminado plano pueden aplicarse al laminado de
perfiles en su gran mayoría. Los rodillos formadores son más complicados; y el
material inicial, de forma usualmente cuadrada, requiere una transformación
gradual a través de varios rodillos para alcanzar la sección final.1
Se diseña una
secuencia de formas intermedias, con sus correspondientes rodillos, para lograr
una deformación uniforme a través de las secciones transversales de cada
reducción y así evitar una mayor elongación en estas secciones que podría
suponer torceduras y agrietamiento del producto laminado.
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Molinos laminadores
Existen varios tipos de molinos de laminación con diferentes configuraciones. El
molino de laminación más común consiste en dos rodillos opuestos y se conoce
como molino de laminación «de dos rodillos» este tipo de configuración puede ser
reversible o no reversible. En el molino no reversible, al girar siempre en la misma
dirección, el material de trabajo entra siempre por el mismo lado; y en el reversible
el material de trabajo puede entrar por ambos lados, ya que los rodillos pueden
girar en las dos direcciones.
Rodillos
Los materiales utilizados para la fabricación de rodillos deben ser resistentes
mecánicamente y resistentes al desgaste, normalmente se utilizan fundiciones de
hierro, acero fundido y e acero forjado, para rodillos de pequeños diámetros se
utilizan carburos de tungsteno. Los rodillos de acero forjado tienen más
resistencia, tenacidad y rigidez que los rodillos de hierro fundido aunque estas
ventajas se ven reflejadas en el coste ya que son más caros.
Los rodillos que se utilizan en la laminación en frío son rectificados hasta alcanzar
un acabado fino., para aplicaciones especiales los rodillos además se pulen. Estos
rodillos no deben ser utilizados en la laminación en caliente, ya que pueden llegar
a agrietarse por ciclado térmico y astillarse.
Lubricantes
La laminación en caliente de las aleaciones con hierro generalmente se realiza sin
lubricantes, aunque se puede utilizar el grafito. Se usan soluciones en base agua
para romper la cascarilla sobre el material laminado y para enfriar los rodillos.Las
aleaciones no ferrosas se laminan en caliente y se utilizan aceites compuestos,
ácidos grasos y emulsiones. La laminación en frío se realiza con lubricantes de
baja viscosidad o con lubricantes solubles en agua, como emulsiones, aceites
minerales, parafina y aceites grasos.
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Forja
La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado
por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la
deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.
Este proceso de fabricación se utiliza para dar una forma y unas propiedades
determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes
presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes:
por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo
intermitente utilizando martillos pilones.
Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se
produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de
material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.
Los principales tipos de forja que existen son:
Forja libre
Forja con estampa
Recalcado
Forjado isotérmico
Forja libre
Es el tipo de forja industrial más antiguo y se caracteriza porque la deformación
del metal no está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para fabricar
piezas únicas o pequeños lotes de piezas, donde normalmente éstas son de gran
tamaño. Además este tipo de forja sirve como preparación de las preformas a
utilizar en forjas por estampa.
También puede encontrarse como forja en dados abiertos.
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Forja con estampa
Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse
conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la
pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el
material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la
geometría deseada. Este proceso debe realizarse con un cordón de rebaba que
sirve para aportar la presión necesaria al llenar las zonas finales de la pieza,
especialmente si los radios de acuerdo de las pieza son de pequeño tamaño y
puede estar sin rebaba, dependiendo de si las matrices llevan incorporada una
zona de desahogo para alojar el material sobrante (rebaba) o no. Se utiliza para
fabricar grandes series de piezas cuyas dimensiones y geometrías pueden variar
ampliamente. Las dimensiones de estas piezas van desde unos
pocos milímetros de longitud y gramos de peso hasta varios metros y toneladas, y
sus geometrías pueden ser simples o complejas. cave mencionar que es el forjado
de estampa
También puede encontrarse como forja en dados cerrados.
Forjado isotérmico
El forjado isotérmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de
los troqueles es significativamente superior a la utilizada en procesos de forja
convencional.
Recalcado
A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este además
puede realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material
en una zona determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de
barra). Por tanto, una consecuencia directa de este proceso es que disminuye
la longitud de la barra inicial y aumenta la sección transversal de ésta en la zona
recalcada.
Si el proceso se realiza en frió y en los extremos de las piezas se denomina
encabezado en frío.
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Trefilado
Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente en la
reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un
orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales
más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre,
el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal
o aleación dúctil.
El trefilado propiamente dicho consiste en el estirado del alambre en frío, por
pasos sucesivos a través de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno cuyo
diámetro es paulatinamente menor. Esta disminución de sección da al material
una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas.
Dependiendo de la longitud y el diámetro de las barras a trabajar, varían las
reducciones que se pueden llegar a obtener mediante este proceso. A las barras
de hasta 15 mm de diámetro o mayores, se les suele dar una ligera pasada para
mejorar el acabado superficial y las tolerancias dimensionales reduciendo su
diámetro hasta 1,5 mm. En otros tamaños más pequeños, se puede llegar a
conseguir reducciones del 50%, y en otros alambres de hasta el 90% en pasadas
sucesivas, partiendo en un estado del material de recocido y antes de que
necesite un nuevo recocido con el fin de eliminar su acritud. Se fabrican alambres
de hasta 0,025 mm y menores, variando el número de hileras por los que pasa el
alambre y con varios recocidos de por medio.
La disminución de sección en cada paso es del orden de un 20% a un 25% lo que
da un aumento de resistencia entre 10 y 15 kg/mm2. Pero alcanzado cierto límite,
variable en función del tipo de acero, no es aconsejable continuar con el proceso
de trefilado pues, a pesar que la resistencia a tracción sigue aumentando, se
pierden otras características como la flexión.
Las ventajas que aporta el trefilado propias del conformado en frío son las
siguientes: buena calidad superficial, precisión dimensional, aumento de
resistencia y dureza, y por supuesto la posibilidad de producir secciones muy
finas.
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Proceso de conformado
Practica del estirado
El proceso de estirado, como norma general, se realiza como una operación de
deformación plástica en frio y para secciones redondas. Las principales ventajas
del proceso de estirado son: Un mayor control de las tolerancias: podemos
obtener un IT muy bajo. Acabado superficial: podemos obtener un muy buen
acabado superficial. Propiedades mecánicas: mejora en la resistencia a flexión y
mayor dureza. Mayor capacidad de mecanización. Las operaciones que se
realizan en el proceso de estirado son:
1º Decapado
Se limpia, generalmente con ataques químicos y agua a presión, el material para
eliminar el oxido que puede formarse en la superficie. Esto es necesario para
prevenir daños en la matriz y en la superficie de trabajo.
2º Estirado
Se procede a colocar el material en la máquina para empezar el proceso de
estirado. En este proceso es decisivo el uso de lubrificantes para no dañar la
superficie del material al pasarlo por la matriz y aplicarle la reducción de sección.
En el estirado podemos distinguir, principalmente, dos procesos: estirado de
alambres y de tubos. En el estirado de alambres podemos conseguir una
reducción del 50% del espesor en barras menores de 150mm, utilizando el
proceso descrito anteriormente. El estirado de tubos se utiliza para reducir el
espesor de la pared de los tubos sin costura, los cuales se han producido por
medio de otros procesos, como por ejemplo extrusión. Este proceso podemos
realizarlo con ayuda de un mandril o no:
3º Acabado
Una vez el material estirado pasa por un proceso de enderezamiento y un ligero
recocido de eliminación de tensiones, y si el caso lo requiere, algún tratamiento
isotérmico para mejorar sus características mecánicas.
Equipo necesario
En general el estirado de barras se realiza en un banco de estirado, consistente en
una mesa de entrada, un bloque de acero que contiene la matriz, la corredera que
coge el tubo para aplicarle la fuerza de estirado y una mesa de salida
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Extrusión
La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal
definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una
sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por
encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones
transversales muy complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos,
porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento.
También las piezas finales se forman con una terminación superficial excelente.1
La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida
materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de
extrusión puede hacerse con el material caliente o frío.
Los materiales extruidos comúnmente
incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.
Procesos
El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga
posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la
prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel. Si son
requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado
mediante calor o trabajado en frío.
El radio de extrusión se define como el área de la sección transversal del material
de partida dividida por el área de sección transversal del material al final de la
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extrusión. Una de las principales ventajas del proceso de extrusión es que este
radio puede ser muy grande y aún producir piezas de calidad.
Extrusión en caliente
La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el trabajo
forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La mayoría de
la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales con rango
de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000 psi), por
lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas
temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión.
La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su
mantenimiento.
Extrusión en frío
La extrusión fría es hecha a temperatura ambiente o cerca de la temperatura
ambiente. La ventaja de ésta sobre la extrusión en caliente es la falta de
oxidación, lo que se traduce en una mayor fortaleza debido al trabajo en frío
o tratamiento en frío, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida
velocidad de extrusión si el material es sometido a breves calentamientos.1
Los materiales que son comúnmente tratados con extrusión fría son: plomo,
estaño, aluminio, cobre, circonio, titanio, molibdeno, berilio, vanadio, niobio y
acero.
Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son: los tubos
plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador, pistones
automotores, entre otros.
Extrusión tibia
La extrusión tibia se hace por encima de la temperatura ambiente pero por debajo
de la temperatura de recristalización del material, en el rango de temperaturas de
800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este proceso es usualmente usado para
lograr el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades
finales de la extrusión.
La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la extrusión fría:
reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del
acero. La extrusión tibia incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en
la extrusión en frío.
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Tubería
Una tubería es un conducto que cumple la función de transportar agua u
otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el
líquido transportado es petróleo, se utiliza la denominación específica
de oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza la denominación
específica de gasoducto. También es posible transportar mediante tubería o nada
materiales que, si bien no son un fluido, se adecúan a este
sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos encapsulados, etcétera.
Fabricación
Hay tres métodos de fabricación de tubería.
Sin costura (sin soldadura). La tubería es un lingote cilíndrico el cual es
calentado en un horno antes de la extrusión. En la extrusión se hace pasar
por un dado cilíndrico y posteriormente se hace el agujero mediante un
penetrador. La tubería sin costura es la mejor para la contención de la
presión gracias a su homogeneidad en todas sus direcciones. Además es la
forma más común de fabricación y por tanto la más comercial.
Con costura longitudinal. Se parte de una lámina de chapa la cual se
dobla dándole la forma a la tubería. La soladura que une los extremos de la
chapa doblada cierra el cilindro. Por tanto es una soldadura recta que sigue
toda una generatriz. Variando la separación entre los rodillos se obtienen
diferentes curvas y con ello diferentes diámetros de tubería. Esta soldadura
será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión máxima admisible.
Con soldadura helicoidal (o en espiral). La metodología es la misma que el
punto anterior con la salvedad de que la soldadura no es recta sino que
recorre la tubería siguiendo la tubería como si fuese roscada.
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Materiales
Las tuberías se construyen en diversos materiales en función de consideraciones
técnicas y económicas. Suele usarse el poliéster Reforzado con fibra de vidrio
(PRFV), hierro
fundido, acero,latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, PVC,1
polietileno de
alta densidad (PEAD), etcétera.
Uso doméstico
Agua
Actualmente, los materiales más comunes con los que se fabrican tubos para la
conducción de agua son: PRFV, cobre, PVC, polipropileno, PEAD acero y Hierro
Dúctil (ISO-2531)(GB/T13295-2008).
Desagües
Los materiales más comunes para el desalojo de aguas servidas son: PRFV,
hierro fundido, PVC, hormigón o fibrocemento.2
Los nuevos materiales que están
reemplazando a los tradicionales son el PRFV (Poliéster Reforzado con Fibra de
Vidrio), PEAD (Polietileno de Alta Densidad) y PP (Polipropileno).
Gas
Suelen ser de cobre o acero (dúctil o laminar según las presiones aplicadas),
dependiendo del tipo de instalación, aunque si son de un material metálico es
necesario realizar una conexión a la red de toma de tierra.3
También se están
comenzando a hacer de PRFV, Polietileno Reforzado con Fibra de Vidrio.4
en el
caso de tuberías de conducción con requerimientos térmicos y mecánicos menos
exigentes; además soportan altas presiones.
Calefacción
El cobre es el material más usado en las instalaciones nuevas, mientras que en
instalaciones antiguas es muy común encontrar tuberías de hierro. En redes
enterradas se emplea tubería preaislada.