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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER PARA LA EDUCACIÓN
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
SANTIAGO MARIÑO
EXTENSION DE CARACAS.
Procesos de conformación de
materiales en caliente y en frio.
Integrante:
LUIS MARIN CI: 12260759 (45)
Caracas, Septiembre del 2018.
Conformación de metales en frio y caliente.
Trabajo en frío
El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los productos más
diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, coord.
metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso
doméstico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de
unión, listones y utensilios de cocina.
El trabajo en frio se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este
trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cadencia original
del metal, produciendo a la vez una deformación.
El concepto del conformado en frío comprende todos los métodos de fabricación
que permiten deformar plásticamente (a temperatura ambiente y ejerciendo una
presión elevada) metales o aleaciones de metales tales como cobre, aluminio o
latón, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del
material. Durante el conformado en frío la materia prima recibe su nueva forma
mediante un proceso que consta de diferentes etapas de deformación. De tal
manera se evita que se exceda la capacidad de deformación del material y por lo
tanto su rotura.
Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores
tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades
de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin
embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores
fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por
deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación
se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia, la reducción de la
ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de
operaciones de formado que se puedan realizar a las partes.
EMBUTIDO PROFUNDO Y PRENSADO El embutido profundo es una extensión
del prensado en la que a un tejo de metal, se le da una tercera dimensión
considerable después de fluir a través de un dado. El prensado simple se lleva a
cabo presionando un trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al
indentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y
botes para bebidas, son los ejemplos más comunes.
Este proceso puede llevarse a cabo únicamente en frío. Cualquier intento de
estirado en caliente, produce en el metal un cuello y la ruptura. El anillo de presión
evita que el blanco se levante de la superficie del dado, dando arrugas radiales o
pliegues que tienden a formarse en el metal fluyendo hacia el interior desde la
periferia del orificio del dado.
LAMINADO Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material
pasándolo entre un par de rodillos rotatorios. Los rodillos son generalmente
cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas. También
pueden estar ranura dos o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil,
así como estampar patrones en relieve.
Este proceso de deformación puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío.
El trabajo en caliente es usado muy ampliamente porque es posible realizar un
cambio en forma rápida y barata.
Los materiales laminados en en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen
de tensiones residuales. Sus principales desventajas son que el producto no se
mantiene dentro de las tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza
queda cubierta por una capa de óxido característica.
El laminado en frío se lleva a cabo por razones especiales, tales como la
producción de buenas superficies de acabado o propiedades mecánicas
especiales.
Se lamina más metal que el total tratado por todos los otros procesos. 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.
La principal aplicación del laminado es la laminación del acero y su principal
aplicación 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 "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
láminas suele realizarse en frío.
FORJADO En el caso más simple, el metal es comprimido entre martillo y un
yunque y la forma final se obtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre
golpe y golpe. Para producción en masa y el formado de secciones grandes, el
martillo es sustituido por un martinete o dado deslizante en un bastidor e
impulsado por una potencia mecánica, hidráulica o vapor. Un dispositivo utiliza
directamente el empuje hacia abajo que resulta de la explosión en la cabeza de un
cilindro sobre un pistón móvil.
Los dados que han sustituido al martillo y al yunque pueden variar desde un par
de herramientas de cara plana, hasta ejemplares que tiene cavidades apareadas
capaces de ser usadas para producir las domas más complejas.
Si bien, el forjado puede realizarse ya sea con el metal caliente o frío, el elevado
gasto de potencia y desgaste en los dados, así como la relativamente pequeña
amplitud de deformación posible, limita las aplicaciones del forjado en frío.
En el forjado en caliente se requieren menores esfuerzos pero se obtiene un
acabado superficial y una precisión dimensional no tan buena como en el forjado
en frío que aunque requiere mayores fuerzas por la alta resistencia que ofrece el
material se obtienen mejores resultados de precisión y acabado superficial,
también existe el inconveniente que en el forjado en frío el material de la pieza
debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente.
Un ejemplo es el acuñado, donde los metales superficiales son impartidos a una
pieza de metal por forjado en frío. El forjado en caliente se está utilizando cada
vez más como un medio para eliminar uniones y por las estructuras
particularmente apropiadas o propiedades que puede ser conferida al producto
final. Es el método de formado de metal más antiguo y hay muchos ejemplos que
se remontan hasta 1000 años A.C.
ESTIRADO Este es esencialmente un proceso para la producción de formas en
hojas de metal. Las hojas se estiran sobre hormas conformadas en donde se
deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos. Es un proceso de
trabajo en frío y es generalmente el menos usado de todos los procesos de
trabajo.
EXTRUSION En este proceso un cilindro o trozo de metal es forzado a través de
un orificio por medio de un émbolo, por tal efecto, el metal estirado y extruido tiene
una sección transversal, igual a la del orificio del dado. Hay dos tipos de extrusión,
extrusión directa y extrusión indirecta o invertida. En el primer caso, el émbolo y el
dado están en los extremos opuestos del cilindro y el material es empujado contra
y a través del dado. En la extrusión indirecta el dado es sujetado en el extremo de
un émbolo hueco y es forzado contra el cilindro, de manera que el metal es
extruido hacia atrás, a través del dado. La extrusión puede llevarse a cabo, ya sea
en caliente o en frío, pero es predominantemente un proceso de trabajo en
caliente.
La extrusión en caliente se hace para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el
paso del material a través del troquel. Los rangos de presión andan de 4400 a
102.000psi, por lo que la lubricación es necesaria. Su mayor desventaja es el
costo de las maquinarias y su mantenimiento.
La extrusión en frio tiene como beneficio la falta de oxidación, que se traduce en
mayor fortaleza debido al trabajo en frio, estrecha tolerancia, buen acabado de la
superficie y rápida velocidad de extrusión si el material es sometido a breves
calentamientos.
La única excepción a esto es la extrusión por impacto, en la cual el aluminio o
trozos de plomo son extruidos por un rápido golpe para obtener productos como
los tubos de pasta de dientes. En todos los procesos de extrusión hay una relación
crítica entre las dimensiones del cilindro y las de la cavidad del contenedor,
especialmente en la sección transversal.
Trabajo en caliente
Por trabajo (o labrado) en caliente se entienden aquellos procesos como laminado
o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los
cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una condición
plástica y fácil de trabajar. El laminado en caliente se usa por lo general para
obtener una barra de material con forma y dimensiones particulares. El
extorsionado es el proceso por el cual se aplica una gran presión un lingote
metálico caliente, haciendo que fluya en estado plástico a través de un orificio
restringido.
El forjado o forja es el trabajo en caliente de metales mediante martinetes, prensas
o máquinas de forja. En común con otros procesos de labrado en caliente, la forja
produce una estructura de grano refinado que da por resultado una mayo
resistencia y ductilidad. Las piezas forjadas tienen mayor resistencia por el mismo
peso.
Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura
mayor que la de recristianización. La ventaja principal del trabajo en caliente
consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además
es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja
resistencia de cadencia y una alta ductilidad.
Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a
la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para
deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son
trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente,
no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo.
MATERIALES PARA FUNDICIÓN
Hierro colado gris de todos los matrices para fundición, el hierro gris es el que
más comúnmente se usa debido a su costo relativamente bajo, la facilidad de ser
fundido o colación en grandes cantidades y a su fácil maquinado. Las principales
objeciones son: su fragilidad y su baja resistencia a la tensión. Este material so se
suelda con facilidad debido a que puede agrietarse.
Hierro colado blanco si todo el carbono en un hierro de fundición está en forma
de cementista y perlita sin que haya grafito, la estructura resultante se conoce
como hierro colado blanco. Se puede producir en dos variedades y uno u otro
método dan por resultado un metal con grandes cantidades de cementista, y así el
producto será muy frágil y duro para el maquinado, pero también muy resistente al
desgaste.
Hierro colado maleable si el hierro fundido blanco se somete a un proceso de
recocido, el producto se le llama hierro colado maleable. Un hierro maleable de
buena clase puede tener una resistencia a la tensión mayor que 350 Mapa, con
una elongación de hasta el 18%. Debido al tiempo que se requiere para el
recocido, el hierro maleable necesariamente es más costoso que el gris.
Hierro colado dúctil o nodular se combinan las propiedades dúctiles del hierro
maleable y la facilidad de fundición y maquinado del gris, y que al mismo tiempo
poseyera estas propiedades después del colado. El hierro colado dúctil es
esencialmente el mismo hierro maleable, sin embargo, el hierro dúctil se obtiene
agregando magnesio al metal fundido.
El hierro dúctil tiene un alto módulo de elasticidad (de 172 Gpa).
El hierro nodular posee una resistencia a la compresión que es mayor que la
resistencia a la tensión, aunque la diferencia no es tan grande. Su intervalo de
aplicaciones resulta utilizable en piezas de fundición que requieran resistencia a
cargas de choque o impacto.
Hierros colados de aleación el níquel, el cromo y el molibdeno son los elementos
de aleación más utilizados con el hierro fundido. El níquel aumenta la resistencia y
la densidad, mejora la resistencia al desgaste. Cuando se agrega cromo y níquel,
la dureza y la resistencia mejoran sin que haya reducción en la maquinabilidad. El
molibdeno aumenta la rigidez, la dureza y la resistencia a la tensión y al impacto.
Aceros para fundición la ventaja del proceso de colado es que piezas con
formas complejas se pueden fabricar a un costo menor que por otros medios. Los
mismos elementos de aleación que se utilizan en aceros para forja se emplean
con los aceros para fundición, a fin de mejorar la resistencia y otras propiedades
mecánicas. Las piezas de acero fundido también pueden ser tratadas
térmicamente a fin de modificar las propiedades mecánicas y, a diferencia de los
hierros fundidos, pueden ser soldadas.
Máquina Troqueladora
Esta es una herramienta utilizada para cambiar la forma de materiales sólidos y
para el estampado de metales en frio.
En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o
cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse
forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la
matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se
hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica.
En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas.
Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros
en la pieza.
Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una
lámina de metal para operaciones posteriores.
Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples
o compuestos en la pieza en bruto.
Los troqueles de embutir se emplean para crear formas huecas. Para lograr una
sección reducida en una parte hueca, como el cuello de un cartucho de fusil, se
utilizan troqueles reductores especiales.
Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo
especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre,
enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se
inserta para dar resistencia a la pieza.
Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones
descritas en un único recorrido de la prensa; los troqueles progresivos permiten
realizar diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel
DEFORMACIÓN EN FRÍO Y EN CALIENTE
La conformación por deformación plástica puede realizarse en caliente o en frío,
según que la temperatura de trabajo se halle por encima o por debajo de la
temperatura de recristalización, respectivamente; sin que ello deba significar una
estricta separación, ya que casi todos los procesos pueden tener lugar de una
forma u otra.
En frío En caliente
Conformación en frío
La conformación en frío es la que se realiza a temperatura inferior a la de
recristalización. No quiere decir, por tanto, que no se pueda utilizar energía
térmica junto con la mecánica: basta con que su efecto no provoque cambios
esenciales en la estructura cristalina.
Cuando se somete al metal a tensiones superiores a su tensión critica, se
produce el desplazamiento de las dislocaciones y tiene lugar la deformación
plástica. Ahora bien, como consecuencia de la gran diversidad de orientaciones de
los granos, no todos estarán en ese momento en posición favorable para que se
inicie el desplazamiento de la dislocación, por lo que ´esta se producirá solo en
algunos de ellos, alcanzándose un cierto grado de deformación plástica. Para
aumentar la deformación debemos ahora producir el desplazamiento de la
dislocación en cristales que por su orientación o impedimentos de los adyacentes
(la red se desordena) requieren una mayor tensión critica, es decir debemos
aumentar los esfuerzos aplicados para seguir deformándolo. En otras palabras:
cuanto mayor sea la deformación producida, mayor ha de ser la fuerza aplicada
para que continúe deformándose. Este fenómeno se conoce con el nombre de
endurecimiento por deformación en frío y es utilizado en la práctica para aumentar
la resistencia de los metales a base de una perdida de ductilidad.
Efectos de la conformación en frío
Las distintas orientaciones de los cristales y la baja movilidad atómica a las
temperaturas de conformado, hacen que no haya homogeneización y por tanto las
diferentes zonas del cristal pueden soportar distintas tensiones.
El desequilibrio de ´estas dará origen a tensiones de largo alcance, también
llamadas macrotensiones o tensiones de Heyn, cuyos efectos se manifiestan de
las siguientes maneras:
- Produciendo deformaciones en las piezas mecanizadas, haciendo imposible
su acabado final cuando las tolerancias son estrechas.
- Haciendo surgir esfuerzos superficiales de tracción que tienden a acentuar los
defectos superficiales y aumentan la sensibilidad de entallas, rebajando la
resistencia a la fatiga y favoreciendo la corrosión.
- Aumento de la dureza y fragilidad (acritud).
Las ventajas de estos procesos frente a los de conformado en caliente son:
- mejores superficies y tolerancias dimensionales
- mejores propiedades mecánicas (resistencia)
- mejor reproducibilidad
- confieren al material anisotropía (en caso de que esta característica suponga
una ventaja para la aplicación de que se trate).
Las desventajas de estos procesos son:
- mayor necesidades de fuerza y energía debido al endurecimiento por
deformación (equipo más pesado y potente).
- menor ductilidad
- se produce anisotropía en el material (en caso de que sea una circunstancia
desfavorable)
- y es necesario que la pieza de partida presente unas superficies limpias.
Para producir grandes deformaciones es necesario realizar el proceso en varias
etapas y someter el material, al final de cada etapa, a un tratamiento de recocido
para eliminar las tensiones residuales.
Efectos del calentamiento en la deformación plástica
Al deformar un metal en frío se le comunica una energía y, por lo tanto, pasa a
un estado de inestabilidad, puesto que su energía interna es ahora mayor que la
que tenía sin deformar. A la temperatura ambiente la velocidad con que se pasa a
la forma estructural estable es muy lenta, siendo posible aumentarla elevando su
temperatura. Con ello se incrementa la agitación térmica y, en consecuencia, la
movilidad atómica, dando lugar a la aparición de tres etapas: restauración,
recristalización y crecimiento de grano.
a) Restauración: Caracterizada por la tendencia de los átomos a pasar a sus
posiciones de equilibrio estable, sin que haya movimiento aparente de los
contornos de los granos. Durante esta etapa se contrarresta la consolidación,
desaparecen en el metal las tensiones internas, disminuye ligeramente la dureza y
el límite elástico.
b) Recristalización: En esta etapa se forman cristales nuevos de entre los antiguos
deformados. Comienza a partir de una determinada temperatura, con la formación
de gérmenes que aparecen en los lugares de mayor acritud, en los límites de
grano y en los planos de deslizamiento y maclado. Estos gérmenes crecen a
expensas de los átomos que les rodean y finalmente, sustituyen al edificio
cristalino deformado. Paralelamente a estos cambios estructurales el metal
recupera su plasticidad y las propiedades físicas tienden a alcanzar los valores
que tenían antes de producirse la deformación.
c) Crecimiento de grano: Si continúa el calentamiento por encima de la temperatura de
recristalización θr, comienza otra etapa, durante la cual el grano recristalizado
continúa creciendo a medida que aumenta la temperatura. El crecimiento de grano
(llamado también coalescencia) por encima de la temperatura de recristalización
depende de la temperatura y del tiempo de calentamiento, siendo estos dos
factores favorables para el aumento de grano.
Conformación en caliente
Según se ha dicho anteriormente la conformación en caliente se realiza operando
a temperaturas superiores a la de recristalización. Conforme elevamos la
temperatura de un metal, deformándolo a la vez, aumenta la agitación térmica y
disminuye la tensión critica de cizallamiento, aumentando así la capacidad de
deformación de los granos. Simultáneamente se produce también una disminución
de la resistencia de los bordes de grano. Aparecen, pues, dos factores, ambos
dependientes de la temperatura: la resistencia de los bordes de grano y la
resistencia de los cristales, los cuales varían de la forma indicada en la imagen.
Ambas curvas se cortan en un punto al que corresponde una temperatura llamada
de equicohesión, en la que se igualan las resistencias.
imagen. Resistencia de los bordes de grano y de los cristales en función de la
temperatura.
Cuando el material se trabaja a temperaturas inferiores a la de equicohesión las
deformaciones se producen en el interior de los granos (transcristalina) y se
origina acritud; por el contrario, a temperaturas superiores, la deformación es
intergranular, de tipo fluido y no se origina acritud.
En el trabajo en caliente hay que mantener, pues, la temperatura siempre por
encima de la de recristalización. Ahora bien, como durante el tratamiento tienen
lugar simultáneamente las deformaciones plásticas y la recristalización de los
granos deformados, para que el metal no tenga acritud después de deformado, se
requiere que la velocidad de recristalización sea suficientemente elevada, para
que todos los granos hayan recristalizado al terminar el proceso. Por tanto, no
basta con efectuar el trabajo por encima de la temperatura de recristalización; hay
que mantener al metal con esa temperatura el tiempo suficiente para que la
recristalización haya sido completada. La temperatura de trabajo tiene también un
tope superior. Ha de ser inferior a la temperatura de fusión del metal y de las
impurezas; y en caso de que haya eutéctico, por debajo de la temperatura de
formación de este.
Efectos de la conformación en caliente
Las ventajas de los procesos de conformado en caliente son las siguientes:
- Permite obtener la misma deformación que en frío con menores esfuerzos.
- Puesto que se producen simultáneamente la deformación y la recristalización, es
posible obtener:
a) un grano más fino
b) materiales más blandos y dúctiles
c) aumenta la resistencia al impacto
d) ausencia de tensiones residuales
e) estructura más uniforme (las impurezas se eliminan fluyendo al exterior del
material)
f) se pueden obtener grandes deformaciones
- Mayor densidad
- Estructura fibrosa y, por tanto, una mejor resistencia mecánica en la dirección de
la fibra.
Las desventajas del conformado en caliente son
- Oxidación rápida (esto es, formación de escamas, dando por resultado
superficies rugosas).
- Tolerancias relativamente amplias (2-5 %) debido a las superficies rugosas y
dilataciones térmicas.
- La maquinaria de trabajo en caliente es costosa y requiere mantenimiento
considerable.

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  • 1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER PARA LA EDUCACIÓN INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO EXTENSION DE CARACAS. Procesos de conformación de materiales en caliente y en frio. Integrante: LUIS MARIN CI: 12260759 (45) Caracas, Septiembre del 2018.
  • 2. Conformación de metales en frio y caliente. Trabajo en frío El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, coord. metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso doméstico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión, listones y utensilios de cocina. El trabajo en frio se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cadencia original del metal, produciendo a la vez una deformación. El concepto del conformado en frío comprende todos los métodos de fabricación que permiten deformar plásticamente (a temperatura ambiente y ejerciendo una presión elevada) metales o aleaciones de metales tales como cobre, aluminio o latón, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material. Durante el conformado en frío la materia prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta de diferentes etapas de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de deformación del material y por lo tanto su rotura. Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia, la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes. EMBUTIDO PROFUNDO Y PRENSADO El embutido profundo es una extensión del prensado en la que a un tejo de metal, se le da una tercera dimensión considerable después de fluir a través de un dado. El prensado simple se lleva a cabo presionando un trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al indentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para bebidas, son los ejemplos más comunes. Este proceso puede llevarse a cabo únicamente en frío. Cualquier intento de estirado en caliente, produce en el metal un cuello y la ruptura. El anillo de presión evita que el blanco se levante de la superficie del dado, dando arrugas radiales o pliegues que tienden a formarse en el metal fluyendo hacia el interior desde la periferia del orificio del dado.
  • 3. LAMINADO Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos rotatorios. Los rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas. También pueden estar ranura dos o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar patrones en relieve. Este proceso de deformación puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío. El trabajo en caliente es usado muy ampliamente porque es posible realizar un cambio en forma rápida y barata. Los materiales laminados en en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones residuales. Sus principales desventajas son que el producto no se mantiene dentro de las tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica. El laminado en frío se lleva a cabo por razones especiales, tales como la producción de buenas superficies de acabado o propiedades mecánicas especiales. Se lamina más metal que el total tratado por todos los otros procesos. 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. La principal aplicación del laminado es la laminación del acero y su principal aplicación 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 "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 láminas suele realizarse en frío. FORJADO En el caso más simple, el metal es comprimido entre martillo y un yunque y la forma final se obtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre golpe y golpe. Para producción en masa y el formado de secciones grandes, el martillo es sustituido por un martinete o dado deslizante en un bastidor e impulsado por una potencia mecánica, hidráulica o vapor. Un dispositivo utiliza directamente el empuje hacia abajo que resulta de la explosión en la cabeza de un cilindro sobre un pistón móvil.
  • 4. Los dados que han sustituido al martillo y al yunque pueden variar desde un par de herramientas de cara plana, hasta ejemplares que tiene cavidades apareadas capaces de ser usadas para producir las domas más complejas. Si bien, el forjado puede realizarse ya sea con el metal caliente o frío, el elevado gasto de potencia y desgaste en los dados, así como la relativamente pequeña amplitud de deformación posible, limita las aplicaciones del forjado en frío. En el forjado en caliente se requieren menores esfuerzos pero se obtiene un acabado superficial y una precisión dimensional no tan buena como en el forjado en frío que aunque requiere mayores fuerzas por la alta resistencia que ofrece el material se obtienen mejores resultados de precisión y acabado superficial, también existe el inconveniente que en el forjado en frío el material de la pieza debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente. Un ejemplo es el acuñado, donde los metales superficiales son impartidos a una pieza de metal por forjado en frío. El forjado en caliente se está utilizando cada vez más como un medio para eliminar uniones y por las estructuras particularmente apropiadas o propiedades que puede ser conferida al producto final. Es el método de formado de metal más antiguo y hay muchos ejemplos que se remontan hasta 1000 años A.C. ESTIRADO Este es esencialmente un proceso para la producción de formas en hojas de metal. Las hojas se estiran sobre hormas conformadas en donde se deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos. Es un proceso de trabajo en frío y es generalmente el menos usado de todos los procesos de trabajo. EXTRUSION En este proceso un cilindro o trozo de metal es forzado a través de un orificio por medio de un émbolo, por tal efecto, el metal estirado y extruido tiene una sección transversal, igual a la del orificio del dado. Hay dos tipos de extrusión, extrusión directa y extrusión indirecta o invertida. En el primer caso, el émbolo y el dado están en los extremos opuestos del cilindro y el material es empujado contra y a través del dado. En la extrusión indirecta el dado es sujetado en el extremo de un émbolo hueco y es forzado contra el cilindro, de manera que el metal es extruido hacia atrás, a través del dado. La extrusión puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío, pero es predominantemente un proceso de trabajo en caliente. La extrusión en caliente se hace para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. Los rangos de presión andan de 4400 a 102.000psi, por lo que la lubricación es necesaria. Su mayor desventaja es el costo de las maquinarias y su mantenimiento.
  • 5. La extrusión en frio tiene como beneficio la falta de oxidación, que se traduce en mayor fortaleza debido al trabajo en frio, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida velocidad de extrusión si el material es sometido a breves calentamientos. La única excepción a esto es la extrusión por impacto, en la cual el aluminio o trozos de plomo son extruidos por un rápido golpe para obtener productos como los tubos de pasta de dientes. En todos los procesos de extrusión hay una relación crítica entre las dimensiones del cilindro y las de la cavidad del contenedor, especialmente en la sección transversal. Trabajo en caliente Por trabajo (o labrado) en caliente se entienden aquellos procesos como laminado o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una condición plástica y fácil de trabajar. El laminado en caliente se usa por lo general para obtener una barra de material con forma y dimensiones particulares. El extorsionado es el proceso por el cual se aplica una gran presión un lingote metálico caliente, haciendo que fluya en estado plástico a través de un orificio restringido. El forjado o forja es el trabajo en caliente de metales mediante martinetes, prensas o máquinas de forja. En común con otros procesos de labrado en caliente, la forja produce una estructura de grano refinado que da por resultado una mayo resistencia y ductilidad. Las piezas forjadas tienen mayor resistencia por el mismo peso. Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristianización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cadencia y una alta ductilidad. Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo. MATERIALES PARA FUNDICIÓN Hierro colado gris de todos los matrices para fundición, el hierro gris es el que más comúnmente se usa debido a su costo relativamente bajo, la facilidad de ser fundido o colación en grandes cantidades y a su fácil maquinado. Las principales
  • 6. objeciones son: su fragilidad y su baja resistencia a la tensión. Este material so se suelda con facilidad debido a que puede agrietarse. Hierro colado blanco si todo el carbono en un hierro de fundición está en forma de cementista y perlita sin que haya grafito, la estructura resultante se conoce como hierro colado blanco. Se puede producir en dos variedades y uno u otro método dan por resultado un metal con grandes cantidades de cementista, y así el producto será muy frágil y duro para el maquinado, pero también muy resistente al desgaste. Hierro colado maleable si el hierro fundido blanco se somete a un proceso de recocido, el producto se le llama hierro colado maleable. Un hierro maleable de buena clase puede tener una resistencia a la tensión mayor que 350 Mapa, con una elongación de hasta el 18%. Debido al tiempo que se requiere para el recocido, el hierro maleable necesariamente es más costoso que el gris. Hierro colado dúctil o nodular se combinan las propiedades dúctiles del hierro maleable y la facilidad de fundición y maquinado del gris, y que al mismo tiempo poseyera estas propiedades después del colado. El hierro colado dúctil es esencialmente el mismo hierro maleable, sin embargo, el hierro dúctil se obtiene agregando magnesio al metal fundido. El hierro dúctil tiene un alto módulo de elasticidad (de 172 Gpa). El hierro nodular posee una resistencia a la compresión que es mayor que la resistencia a la tensión, aunque la diferencia no es tan grande. Su intervalo de aplicaciones resulta utilizable en piezas de fundición que requieran resistencia a cargas de choque o impacto. Hierros colados de aleación el níquel, el cromo y el molibdeno son los elementos de aleación más utilizados con el hierro fundido. El níquel aumenta la resistencia y la densidad, mejora la resistencia al desgaste. Cuando se agrega cromo y níquel, la dureza y la resistencia mejoran sin que haya reducción en la maquinabilidad. El molibdeno aumenta la rigidez, la dureza y la resistencia a la tensión y al impacto. Aceros para fundición la ventaja del proceso de colado es que piezas con formas complejas se pueden fabricar a un costo menor que por otros medios. Los mismos elementos de aleación que se utilizan en aceros para forja se emplean con los aceros para fundición, a fin de mejorar la resistencia y otras propiedades mecánicas. Las piezas de acero fundido también pueden ser tratadas térmicamente a fin de modificar las propiedades mecánicas y, a diferencia de los hierros fundidos, pueden ser soldadas. Máquina Troqueladora Esta es una herramienta utilizada para cambiar la forma de materiales sólidos y para el estampado de metales en frio.
  • 7. En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica. En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas. Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros en la pieza. Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una lámina de metal para operaciones posteriores. Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples o compuestos en la pieza en bruto. Los troqueles de embutir se emplean para crear formas huecas. Para lograr una sección reducida en una parte hueca, como el cuello de un cartucho de fusil, se utilizan troqueles reductores especiales. Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre, enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se inserta para dar resistencia a la pieza. Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones descritas en un único recorrido de la prensa; los troqueles progresivos permiten realizar diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel DEFORMACIÓN EN FRÍO Y EN CALIENTE La conformación por deformación plástica puede realizarse en caliente o en frío, según que la temperatura de trabajo se halle por encima o por debajo de la temperatura de recristalización, respectivamente; sin que ello deba significar una estricta separación, ya que casi todos los procesos pueden tener lugar de una forma u otra.
  • 8. En frío En caliente Conformación en frío La conformación en frío es la que se realiza a temperatura inferior a la de recristalización. No quiere decir, por tanto, que no se pueda utilizar energía térmica junto con la mecánica: basta con que su efecto no provoque cambios esenciales en la estructura cristalina. Cuando se somete al metal a tensiones superiores a su tensión critica, se produce el desplazamiento de las dislocaciones y tiene lugar la deformación plástica. Ahora bien, como consecuencia de la gran diversidad de orientaciones de los granos, no todos estarán en ese momento en posición favorable para que se inicie el desplazamiento de la dislocación, por lo que ´esta se producirá solo en algunos de ellos, alcanzándose un cierto grado de deformación plástica. Para aumentar la deformación debemos ahora producir el desplazamiento de la dislocación en cristales que por su orientación o impedimentos de los adyacentes (la red se desordena) requieren una mayor tensión critica, es decir debemos aumentar los esfuerzos aplicados para seguir deformándolo. En otras palabras: cuanto mayor sea la deformación producida, mayor ha de ser la fuerza aplicada para que continúe deformándose. Este fenómeno se conoce con el nombre de endurecimiento por deformación en frío y es utilizado en la práctica para aumentar la resistencia de los metales a base de una perdida de ductilidad. Efectos de la conformación en frío Las distintas orientaciones de los cristales y la baja movilidad atómica a las temperaturas de conformado, hacen que no haya homogeneización y por tanto las diferentes zonas del cristal pueden soportar distintas tensiones.
  • 9. El desequilibrio de ´estas dará origen a tensiones de largo alcance, también llamadas macrotensiones o tensiones de Heyn, cuyos efectos se manifiestan de las siguientes maneras: - Produciendo deformaciones en las piezas mecanizadas, haciendo imposible su acabado final cuando las tolerancias son estrechas. - Haciendo surgir esfuerzos superficiales de tracción que tienden a acentuar los defectos superficiales y aumentan la sensibilidad de entallas, rebajando la resistencia a la fatiga y favoreciendo la corrosión. - Aumento de la dureza y fragilidad (acritud). Las ventajas de estos procesos frente a los de conformado en caliente son: - mejores superficies y tolerancias dimensionales - mejores propiedades mecánicas (resistencia) - mejor reproducibilidad - confieren al material anisotropía (en caso de que esta característica suponga una ventaja para la aplicación de que se trate). Las desventajas de estos procesos son: - mayor necesidades de fuerza y energía debido al endurecimiento por deformación (equipo más pesado y potente). - menor ductilidad - se produce anisotropía en el material (en caso de que sea una circunstancia desfavorable) - y es necesario que la pieza de partida presente unas superficies limpias. Para producir grandes deformaciones es necesario realizar el proceso en varias etapas y someter el material, al final de cada etapa, a un tratamiento de recocido para eliminar las tensiones residuales. Efectos del calentamiento en la deformación plástica Al deformar un metal en frío se le comunica una energía y, por lo tanto, pasa a un estado de inestabilidad, puesto que su energía interna es ahora mayor que la que tenía sin deformar. A la temperatura ambiente la velocidad con que se pasa a la forma estructural estable es muy lenta, siendo posible aumentarla elevando su temperatura. Con ello se incrementa la agitación térmica y, en consecuencia, la
  • 10. movilidad atómica, dando lugar a la aparición de tres etapas: restauración, recristalización y crecimiento de grano. a) Restauración: Caracterizada por la tendencia de los átomos a pasar a sus posiciones de equilibrio estable, sin que haya movimiento aparente de los contornos de los granos. Durante esta etapa se contrarresta la consolidación, desaparecen en el metal las tensiones internas, disminuye ligeramente la dureza y el límite elástico. b) Recristalización: En esta etapa se forman cristales nuevos de entre los antiguos deformados. Comienza a partir de una determinada temperatura, con la formación de gérmenes que aparecen en los lugares de mayor acritud, en los límites de grano y en los planos de deslizamiento y maclado. Estos gérmenes crecen a expensas de los átomos que les rodean y finalmente, sustituyen al edificio cristalino deformado. Paralelamente a estos cambios estructurales el metal recupera su plasticidad y las propiedades físicas tienden a alcanzar los valores que tenían antes de producirse la deformación. c) Crecimiento de grano: Si continúa el calentamiento por encima de la temperatura de recristalización θr, comienza otra etapa, durante la cual el grano recristalizado continúa creciendo a medida que aumenta la temperatura. El crecimiento de grano (llamado también coalescencia) por encima de la temperatura de recristalización depende de la temperatura y del tiempo de calentamiento, siendo estos dos factores favorables para el aumento de grano. Conformación en caliente Según se ha dicho anteriormente la conformación en caliente se realiza operando a temperaturas superiores a la de recristalización. Conforme elevamos la temperatura de un metal, deformándolo a la vez, aumenta la agitación térmica y disminuye la tensión critica de cizallamiento, aumentando así la capacidad de deformación de los granos. Simultáneamente se produce también una disminución de la resistencia de los bordes de grano. Aparecen, pues, dos factores, ambos dependientes de la temperatura: la resistencia de los bordes de grano y la resistencia de los cristales, los cuales varían de la forma indicada en la imagen. Ambas curvas se cortan en un punto al que corresponde una temperatura llamada de equicohesión, en la que se igualan las resistencias.
  • 11. imagen. Resistencia de los bordes de grano y de los cristales en función de la temperatura. Cuando el material se trabaja a temperaturas inferiores a la de equicohesión las deformaciones se producen en el interior de los granos (transcristalina) y se origina acritud; por el contrario, a temperaturas superiores, la deformación es intergranular, de tipo fluido y no se origina acritud. En el trabajo en caliente hay que mantener, pues, la temperatura siempre por encima de la de recristalización. Ahora bien, como durante el tratamiento tienen lugar simultáneamente las deformaciones plásticas y la recristalización de los granos deformados, para que el metal no tenga acritud después de deformado, se requiere que la velocidad de recristalización sea suficientemente elevada, para que todos los granos hayan recristalizado al terminar el proceso. Por tanto, no basta con efectuar el trabajo por encima de la temperatura de recristalización; hay que mantener al metal con esa temperatura el tiempo suficiente para que la recristalización haya sido completada. La temperatura de trabajo tiene también un tope superior. Ha de ser inferior a la temperatura de fusión del metal y de las impurezas; y en caso de que haya eutéctico, por debajo de la temperatura de formación de este. Efectos de la conformación en caliente Las ventajas de los procesos de conformado en caliente son las siguientes: - Permite obtener la misma deformación que en frío con menores esfuerzos. - Puesto que se producen simultáneamente la deformación y la recristalización, es posible obtener:
  • 12. a) un grano más fino b) materiales más blandos y dúctiles c) aumenta la resistencia al impacto d) ausencia de tensiones residuales e) estructura más uniforme (las impurezas se eliminan fluyendo al exterior del material) f) se pueden obtener grandes deformaciones - Mayor densidad - Estructura fibrosa y, por tanto, una mejor resistencia mecánica en la dirección de la fibra. Las desventajas del conformado en caliente son - Oxidación rápida (esto es, formación de escamas, dando por resultado superficies rugosas). - Tolerancias relativamente amplias (2-5 %) debido a las superficies rugosas y dilataciones térmicas. - La maquinaria de trabajo en caliente es costosa y requiere mantenimiento considerable.