Procesos de formado_mecanico

PROCESOS DE FABRICACIÓN
PROCESOS DE FORMADO MECÁNICO
Groover, Mikell P.(1997) Fundamentos de Manufactura Moderna (Materiales,
Procesos y Sistemas). México. Prentice-Hall.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO EDUCACIÓN A DISTANCIA
PROCESOS DE FABRICACIÓN 2
3.2.- Procesos de formado mecánico.
1.- Prensado y Cizallado
2.- Doblado
3.- Estirado de alambres y barras.
El formado de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se
usa la deformación plástica para cambiar la forma de las piezas metálicas. La
deformación resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para
formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden el esfuerzo de cedencia del
metal. Por tanto, el metal se deforma para tomar la forma que determina la
geometría del dado.
En general, se aplica el esfuerzo de compresión para deformar plásticamente el
metal. Sin embargo, algunos procesos de formado estiran el metal, mientras que
otros lo doblan y otros más lo cortan. Para formar exitosamente un metal, éste
debe poseer ciertas propiedades. Las propiedades convenientes para el formado
son generalmente una baja resistencia a la fluencia y alta ductilidad. Estas
propiedades son afectadas por la temperatura. La ductilidad se incrementa y la
resistencia a la fluencia se reduce cuando se aumenta la temperatura de trabajo.
El efecto de la temperatura da lugar a la distinción entre:
1.- trabajo en frío,
2.-trabajo en caliente por debajo de la temperatura de recristalización y
3.- trabajo en caliente.
La velocidad de formación y la fricción son factores adicionales que afectan el de-
sempeño del formado de metales.
Los procesos de trabajo con láminas metálicas son operaciones de formado o
preformado de láminas de metal, tiras y rollos. La relación entre el área superficial
y el volumen del material inicial es alta; por lo que esta relación es un medio útil
para distinguir la deformación volumétrica de los procesos con láminas metálicas.

1.- Prensado y Cizallado
Prensado es el término que se aplica frecuentemente a las operaciones con
láminas metálicas, debido a que las máquinas utilizadas para desempeñar estas
operaciones son prensas (se usan también prensas de varios tipos en otros
procesos de manufactura). La pieza producida en una operación de laminado
metálico se llama frecuentemente estampado.
Las operaciones con láminas metálicas se ejecutan siempre en frío y se utiliza un
juego de herramientas llamadas punzón y dado. El punzón es la porción positiva y
el dado es la porción negativa del juego de herramientas. Las operaciones básicas
con láminas de metal se describen en la figura 1 y se definen como sigue:
FIGURA 1 Operaciones básicas en el trabajo de láminas metálicas: (a) doblado, (b) estirado
y (c) corte; (1) al primer contacto del punzón con la lámina y (2) después del corte. La fuerza
y el movimiento relativo se indican por F y v.

Doblado. El doblado implica la deformación de una lámina metálica o placa para
que adopte un ángulo con respecto a un eje recto, en la mayoría de los casos.
Embutido (estirado). En el trabajo de láminas metálicas, el embutido se refiere a la
transformación de una lámina plana de metal en una forma hueca o cóncava,
como una copa mediante el estirado del metal. Se usa un sujetador para mantener
fija la plantilla, mientras el punzón empuja la lámina de metal, como se muestra
en la figura 1 (b). Para distinguir esta operación del estirado de barras y alambres,
se usan frecuentemente los términos embutido o estirado en copa o embutido
profundo.
Corte. Este proceso queda de alguna manera fuera de lugar en nuestra lista de
procesos de deformación, debido a que implica más el corte que el formado del
metal. En esta operación se corta la parte usando un punzón y un dado, como se
muestra en la figura 1 (c), éste no es un proceso de formado es una operación
necesaria y muy común en el trabajo de láminas metálicas.
El trabajado metálico de láminas incluye operaciones de corte y formado,
realizadas sobre láminas delgadas de metal. El espesor del material puede ser tan
pequeño como varias milésimas de pulgada, pero la mayor parte de los espesores
del metal están entre 1/64 de pulg (0.4 mm) y 1/4 de pulg (6 mm). Cuando el
espesor excede de 1/4 de pulg se le llama placa en lugar de lámina. El material de
lámina o placa que se usa en el trabajo metálico de láminas se produce por un
proceso de fabricación llamado laminado
La importancia comercial del trabajo con láminas es significativa. Recordemos por
ejemplo el número de productos industriales y de consumo que incluyen partes de
lámina metálica: carrocerías de automóviles y camiones, aeroplanos, carros de
ferrocarril y locomotoras, equipo de construcción, equipo agrícola, utensilios
pequeños y grandes, muebles para oficina, computadoras y equipo de oficina, etc.
Aunque estos ejemplos son obvios debido a que tienen lámina en su exterior,
muchos componentes internos de estos productos se hacen también de láminas o
placas. Las partes de lámina de metal se caracterizan generalmente por su alta
resistencia, buena precisión dimensional, buen acabado superficial y bajo costo

relativo. Se pueden diseñar operaciones de producción masiva de lámina para las
grandes cantidades de componentes que se requieren en muchos de los
productos arriba mencionados.
La mayoría de los procesos con láminas metálicas se realizan a temperatura
ambiente (trabajo en frío). Excepto cuando el material es grueso, frágil o la
deformación es significativa. Éstos son los casos usuales de trabajo en tibio (1/3
de la temperatura de fusión, Tm) más que trabajo en caliente.
Las tres grandes categorías de los procesos de láminas metálicas son: 1) corte, 2)
doblado y 3) embutido. El corte se usa para separar láminas grandes en piezas
menores, para cortar un perímetro o hacer agujeros en una parte.
El doblado y el embutido se usan para transformar láminas de metal en partes de
forma especial.
Las herramientas que se usan para realizar el trabajo de láminas se llaman
punzón y dado, la mayoría de las operaciones con láminas metálicas se ejecutan
en máquinas herramienta llamadas prensas. Se usa el término prensa de
troquelado para distinguir estas prensas de las prensas de forjado y extrusión.
Los productos hechos de lámina se llaman troquelados o estampados.
Para facilitar la producción en masa, las láminas de metal se introducen en la
prensas frecuentemente en forma de tiras o rollos.
El corte de lámina se realiza por una acción de cizalla entre dos bordes afilados de
corte. La acción de cizalla se describe en los cuatro pasos esquematizados en la
figura 2, donde el borde superior de corte (el punzón) se mueve hacia abajo
sobrepasando el borde estacionario inferior de corte (el dado).
Cuando el punzón empieza a empujar el material de trabajo, ocurre una
deformación plástica en las superficies de la lámina, conforme éste se mueve
hacia abajo ocurre la penetración, en la cual comprime la lámina y corta el metal.
Esta zona de penetración es generalmente una tercera parte del espesor de la
lámina. A medida que el punzón continúa su viaje dentro del trabajo, se inicia la
fractura en el trabajo entre los dos bordes de corte. Si el claro entre el punzón y el

dado es correcto, las dos líneas de fractura se encuentran y el resultado es una
separación limpia del trabajo en dos piezas.
Figura 2 Cizallado o corte de una lámina metálica entre dos bordes cortantes: (1)
inmediatamente antes de que el punzón entre en contacto con el material, (2) el punzón
comienza a oprimir el material de trabajo causando deformación plástica, (3) el punzón
comprime y penetra en el material de trabajo formando una superficie lisa de corte y (4) se
inicia la fractura entre los dos bordes de corte opuestos que separan la lámina.
Los símbolos v y F indican velocidad y fuerza aplicada, respectivamente.
Los bordes cizallados de la lámina tienen formas características que se muestran
en la figura 3.
Encima de la superficie de corte hay una región que se llama redondeado. Éste
corresponde a la depresión hecha por el punzón en el trabajo antes de empezar el
corte.
Fractura

Figura 3 Bordes cizallados característicos del material de trabajo
Aquí es donde empieza la deformación plástica del trabajo; justo abajo del
redondeado hay una región relativamente lisa llamada bruñido. Ésta resulta de la
penetración del punzón en el material antes de empezar la fractura. Debajo del
bruñido está la zona de fractura, una superficie relativamente tosca del borde de
corte donde el movimiento continuo del punzón hacia abajo causa la fractura del
metal. Finalmente al fondo del borde está la rebaba, un filo causado por la
elongación del metal durante la separación final de las dos piezas.
Hay tres operaciones principales en el trabajo de prensa que cortan el metal por el
mecanismo de cizalla que acabamos de describir: 1.- el cizallado, 2.- el punzonado
y 3.- el perforado.
El cizallado es la operación de corte de una lámina de metal a lo largo de una
línea recta entre dos bordes de corte como se muestra en la figura 4 (a). El
cizallado se usa típicamente para reducir grandes láminas a secciones más
pequeñas para operaciones posteriores de prensado. Se ejecuta en una máquina
llamada cizalla de potencia o cizalla recta. La cuchilla superior de la cizalla de
potencia está frecuentemente sesgada, como se muestra en la figura 4 (b), para
reducir la fuerza requerida de corte.

FIGURA 4 Operación de cizallado: (a) vista lateral de la operación, (b) vista frontal de la
cizalla equipada con una cuchilla superior sesgada. El símbolo v indica velocidad.
El punzonado (blanking) implica el corte de una lámina de metal a lo largo de una
línea cerrada en un solo paso para separar la pieza del material circundante, como
se muestra en la figura 5 (a). La parte que se corta es el producto deseado en la
operación y se designa como la parte o pieza deseada.
Figura 5.- (a) Punzonado (blanking) y (b) perforado (punching)
El perforado (punching) es muy similar al punzonado, excepto que la pieza que se
corta se desecha y se llama pedacería. El material remanente es la parte deseada.
La distinción se ilustra en la figura 5 (b).
Análisis del fenómeno de corte de láminas metálicas
Los parámetros importantes en el corte de láminas metálicas son: 1.- el claro entre

el punzón y el dado; 2.- el espesor del material; 3.- el tipo de metal y su
resistencia; 4.- la longitud del corte.
El Claro.- En una operación de corte, el claro c es la distancia entre el punzón y el
dado, tal como se muestra en la figura 2 (1). Los claros típicos en el prensado
convencional fluctúan entre 4 y 8% del espesor de la lámina metálica t. El
efecto de los claros inapropiados se ilustra en la figura 6.
FIGURA 6 Efecto del claro: (a) un claro demasiado pequeño ocasiona una fractura poco
menos que óptima y fuerzas excesivas, (b) un claro demasiado grande ocasiona rebaba más
grande. Los símbolos v y F indican velocidad y fuerza aplicada respectivamente.
Si el claro es demasiado pequeño, las líneas de fractura tienden a pasar una sobre
otra, causando un doble bruñido y requiriendo mayor fuerza de corte. Si el claro es
demasiado grande, los bordes de corte pellizcan el metal y resulta una rebaba
excesiva. En operaciones especiales que requieren bordes muy rectos como en el
rasurado y el perforado el claro es solamente el 1 % del espesor del material.
El claro correcto depende del tipo de lámina y de su espesor. El claro
recomendado se puede calcular por la siguiente fórmula:
c = a t ec. 1
Donde: c = claro, pulg (mm); a = tolerancia; t = espesor del material, pulg (mm). La
tolerancia se determina de acuerdo con el tipo de metal. Los metales se clasifican
por conveniencia en tres tipos dados en la tabla 1 con un valor de a asociado a

cada grupo.
TABLA 1.-Valor de las tolerancias para tres grupos de láminas metálicas.
Grupo metálico tolerancia a
Aleaciones de aluminio, todos los temples 11005 Y 50525 ……. 0.045
Aleaciones de aluminio 20245T y 6061 5T; latón, todos
los temples; acero suave laminado en frío; acero inoxidable frío … 0.060
Acero laminado en frío, dureza media; acero inoxidable,
dureza media y alta ………. 0.075
Los valores calculados del claro se pueden aplicar al punzonado convencional y a
las operaciones de perforado de agujeros para determinar el tamaño del punzón y
del dado adecuado. Es evidente que la abertura del dado debe ser siempre más
grande que el tamaño del punzón. La adición del valor del claro al tamaño del
dado o su resta del tamaño del punzón depende de que la parte que se corta sea
un disco o pedacería, como se ilustra en la figura 7 para una parte circular.

Figura 7.- El tamaño del dado determina el tamaño de la forma Db.
El tamaño del punzón determina el tamaño del agujero Dh
Debido a la geometría del borde cizallado, la dimensión exterior de la parte que se
corta de la lámina será más grande que el tamaño del agujero, por tanto, el
tamaño del punzón y del dado para una forma o parte redonda de diámetro Db se
determina como sigue:
Diámetro del punzón de corte de formas = D b - 2 c ec. 2
Diámetro del dado de corte de formas = Db ec. 3
Los tamaños del dado y del punzón para un agujero redondo de diámetro Dh se
determinan como sigue:
Diámetro del punzón para corte de agujeros = Dh ec. 4
Diámetro del dado para corte de agujeros = Dh + 2c ec. 5
Para que las formas o la pedacería caigan a través del dado, la abertura del dado
debe tener un claro angular entre 0.25° y 1.5° de cada lado. El claro angular se
muestra en la figura 8.
Figura No. 8.- Definición de claro angular
Claro angular
Dado
Dado
Porción recta, para reafilado

Fuerzas de corte Es importante estimar la fuerza de corte porque ésta determina
el tamaño (tonelaje) de la prensa necesaria. La fuerza de corte F en el trabajo de
láminas puede determinarse por:
F = S t L ec. 6
Donde S = resistencia al corte de la lámina, Ib/pulg2
(MPa); t = espesor del
material, pulg (mm); y L = longitud del borde de corte, pulg (mm). En el
punzonado, perforado, ranurado y operaciones similares, L es la longitud del
perímetro de la forma o agujero que se corta. En la determinación de L se puede
anular el efecto menor del claro.
Si se desconoce la resistencia al corte, se puede estimar la fuerza de corte
mediante el uso de la resistencia a la tensión, de la siguiente manera:
F = 0.7 (T S) t L ec. 7
Donde TS = resistencia última a la tensión, lb/pulg2 (MPa).
La ecuación anterior estima la fuerza de corte, suponiendo que el corte entero se
hace al mismo tiempo a todo lo largo del borde de corte. En este caso la fuerza de
corte será un máximo. Es posible reducir la fuerza máxima usando un borde de
corte sesgado en el punzón o en el dado como se muestra en la figura 4 (b). El
ángulo (llamado ángulo de corte) distribuye el corte en tiempo y reduce la fuerza
que se experimenta a cada momento. De cualquier manera, la energía total
requerida en la operación es la misma, ya sea que se concentre en un breve
momento o se distribuya sobre un periodo más largo.
Ejemplo de cálculo. Claro en el punzonado y fuerza
Se corta un disco de 3 pulg de diámetro de una tira de acero laminado en frío medio endurecido 1/8
de pulg de grueso, cuya resistencia al corte = 45 000 lb/pulg
2
. Determine a) los diámetros
apropiados del punzón y del dado y b) la fuerza de corte.
Solución: a) La tolerancia del claro para acero laminado en frío de dureza media es a =0.075 tabla

22.1. Por consiguiente, el claro es:
c = 0.075(0.125 pulg.) = 0.0094 pulg.
El disco tendrá 3.0 pulg de diámetro, y el tamaño del dado determina el tamaño de la forma, por lo
tanto,
Diámetro de la abertura del dado = 3.000 pulg
Diámetro del punzón = 3.000 - 2(0.0094) = 2.9812 pulg
b) para determinar la fuerza de corte, se asume que el perímetro entero de la forma se corta en
una sola operación. La longitud del borde de corte es:
L = π Db = 3.142(3.0) = 9.426 pulg
y la fuerza es:
F = 45,000 (9.426) (0.125) = 53,021 lb o 26.51 toneladas
2.- Doblado
El campo de aplicación y la importancia comercial del trabajo con láminas
metálicas son en la actualidad muy significativos, tomemos en cuenta el número
de productos industriales y de consumo que incluyen partes de lámina metálica:
carrocerías de automóviles y camiones, aeroplanos, carros de ferrocarril equipo de
construcción, equipo agrícola , utensilios, muebles para oficina, muebles para el
hogar, etc.
La mayoría de los trabajos con lamina metálica son en frío, solo en los casos que
el material sea frágil o el espesor de la lamina sea grande o la cantidad de
deformación que tendrá la lamina sea grande; se prefiere el trabajo en caliente (la
temperatura para el trabajo en caliente es mas o menos 1/3 de la temperatura de
fusión del material (Tm) de la lamina).
Las herramientas que se utilizan para el doblado de lámina se llaman punzón y
dado y las maquinas herramientas empleadas se llaman prensas, aunque es mas
conocido el termino de prensa de troquelado. A los productos obtenidos con esta
operación se les llaman troquelados o estampados.

Definición.- el doblado de láminas metálicas es la deformación del metal alrededor
de un eje recto, durante la operación de doblado el metal dentro del eje neutro se
comprime, mientras que el metal fuera del eje neutro se estira, lo
anterior se explica en la figura No. 9
Figura No. 9 (a) doblado de lámina metálica, (b) durante el doblado ocurre deformación, en
el lado de tensión aumenta la longitud, en el lado de compresión disminuye la longitud.
La lámina metálica es deformada hasta la zona plástica (zona en la que los
materiales dúctiles como nuestra lamina ya no se recuperan, se deforman
permanentemente) así que el doblez toma una forma permanente cuando cesan
los esfuerzos que la doblaron. El doblado de la lámina ocurre con un imperceptible
cambio en el espesor de la lámina.
En las operaciones de doblado se utilizan como herramientas de trabajo diversos
tipos de dados y punzones. Los dos métodos de doblado más comunes y las
herramientas utilizadas son el doblado en V y el doblado de bordes realizado con
un dado deslizante están representados en la figura 10.

Figura No. 10 métodos comunes de doblado, (a) doblado en V y (b) doblado de bordes; (1)
antes y (2) después del doblado.
F= fuerza de doblado aplicada, v= velocidad, Fh= fuerza de sujeción.
Doblado en V.- en esta operación la lámina de metal se dobla entre un punzón y
un dado en forma de V, los ángulos obtenidos con este doblez pueden ser desde
muy obtusos hasta muy agudos, los dados en V son relativamente sencillos y de
bajo costo. Se utilizan para operaciones de baja producción.
Doblado de bordes.- en esta operación se aplica una carga voladiza sobre la
lámina de metal, se emplea además una placa de presión que ejerce una fuerza
de sujeción Fh para sostener una parte de la pieza contra el dado mientras el
punzón fuerza la parte volada para doblarla sobre el borde de un dado. Como esta
ilustrado en la figura No. 10 el doblado solo se puede hacer a 90° o menores. Los
dados deslizantes tienen un costo adicional, son un poco más complicados debido
al tipo de diseño empleado en su construcción, ya que a la vez que el dado
deslizante desciende el sujetador debe efectuar su presión para sujetar la pieza
contra el dado.
Tomando como base la figura No. 9, estableceremos algunas ecuaciones útiles
para entender mejor la operación de doblado.
La lámina de metal tiene un espesor t y va a ser doblada un ángulo A, llamado
ángulo de doblado, después de la operación de doblado tenemos una lamina de
metal con un ángulo interno A´; de tal manera que A + A´ = 180°.
El radio de doblez R se mide sobre la parte interna, y es igual al radio de la

herramienta (punzón) que se emplea en la operación, el doblado se lleva a cabo a
través del eje de doblado es decir a lo largo del ancho de la pieza w.
Tolerancia de doblado.- Observando la figura No. 9 (b) establecemos lo
siguiente: el eje neutro no se deforma (no altera su longitud) , en la zona de
compresión el metal se comprime (se reduce su longitud) y en la zona de tensión
el metal se estira (aumenta su longitud) . Por lo tanto el radio de doblado R debe
tener un valor adecuado, cuando es muy pequeño la lamina de metal se deforma
considerablemente (en la zona de compresión grandes reducciones y en la zona
de tensión grandes aumentos de longitud). Es necesario poder determinar la
longitud del eje neutro antes del doblado para tomar en cuenta el aumento de
longitud de la sección que se esta doblando, esta longitud se llama tolerancia de
doblado.
Se puede estimar su cálculo de la siguiente manera:
Td = 2π (A/360) (R + KTd t) ………………. ec. 8
Donde:
Td = tolerancia de doblado, pulg. (mm.)
A = ángulo de doblado en grados
R = radio de doblado, pulg. (mm.)
T = espesor del material, pulg. (mm.)
Ktd = factor para estimar el estirado;
si R < 2t , Ktd = 0.33
si R ≥ 2t , Ktd = 0.5
Estos valores para Ktd predicen que el estiramiento (deformación) ocurre
solamente si el radio de doblado es más pequeño en relación con el espesor de la
lámina.
Recuperación elástica.- la recuperación elástica ocurre cuando la fuerza

ejercida por el pistón de doblado es retirada, la explicación esta en el hecho de
que el material cuando esta siendo doblado genera su energía de deformación,
cesa la fuerza de doblado, el material se recupera parcialmente y se define como
el incremento del ángulo que existe en el material doblado después que se retire la
herramienta (punzón). Este fenómeno de recuperación se ilustra en la figura 11,
se calcula de la siguiente manera:
Re = (A´ - A´b) / A´b ……………… ec. 9
Donde:
Re = recuperación elástica
A´ = ángulo medido en la lamina metálica, en grados
A´b = ángulo medido en la herramienta de doblado, en grados
Para corregir este pequeño inconveniente de la recuperación elástica se recurre a
dos métodos; el primero se llama sobredoblado, el ángulo del punzón y su radio
se fabrican ligeramente menores que el ángulo especificado (el porcentaje dado
por la ecuación 9 es de tomarse en cuenta para saber que tanto hay que
disminuir).
Figura No. 11 La recuperación elástica en el doblado se manifiesta como una disminución
en el ángulo de doblado A`b y un incremento del radio de doblado Rb
(1) durante la operación la lamina es forzada a tomar el radio Rb y el ángulo A`b
(2) una vez que se retira el punzón, la lamina regresa al radio R y al ángulo A`
El segundo se llama fondeado y consiste en aplicarle una fuerza adicional
después de llegar el punzón al final de la carrera de doblado para propiciar su

deformación permanente (no es recomendable este método).
Fuerza de doblado.- esta fuerza es una función de la geometría del punzón y
del dado y desde luego de las propiedades mecánicas del material tales como:
ultima resistencia del material, espesor t y ancho de la lamina w que se va a
doblar.
Para su cálculo se utiliza la siguiente ecuación:
F = (Kbf. Sult. w. t²) / D ec. 10
Donde:
F = fuerza de doblado, lb. (Newton)
Sult = ultima resistencia del material, lb. / pulg.² (MPa)
w = ancho de la lamina en la dirección del eje de doblez, pulg. (mm.)
t = espesor de la lamina de metal, pulg. (mm.)
D = dimensión del dado, pulg. (mm. ) , la dimensión de D se toma
según la figura 12
Kbf = es una constante de calculo y tiene el valor de :
para doblado en V, Kbf = 1.33
para doblado de bordes , Kbf= 0.33
Figura No. 12 Localización de la dimensión D
(a) Dado en V (b) dado deslizante
.Ejemplo de cálculo:
Se dobla una pieza de lámina de acero como se muestra en la figura siguiente

Las características de la lámina de acero son las siguientes:
E = modulo de elasticidad = 30 000 000 lb./pulg.² (206,896.55 Mpa)
Syp = esfuerzo de cedencia del material = 40,000 lb./pulg.² (275.86 Mpa)
Sult = Ultima resistencia del material = 65,000 lb./pulg² (448.22 Mpa)
Determinar:
a) tamaño inicial de la pieza
b) la fuerza de doblado, si se usa un dado en V con una abertura D=1.0 pulg
3.- Estirado
de alambres y barras.
El estirado es un término que se usa también en el trabajo de láminas metálicas,
el proceso se conoce como: estirado de láminas metálicas; este proceso conocido
también como embutido podría confundirse con el proceso que vamos a tratar,
por lo cual para distinguirlo se emplea el término de estirado de alambres y barras
Las características generales del proceso son similares a la extrusión, la diferencia
esta en 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. Es decir, cuando se
habla de extrusión no podemos dejar de mencionar esta variante de la extrusión
que es el estirado de alambres y barras.
La diferencia básica entre el estirado de barras y estirado de alambres es el
tamaño del material que se procesa. El estirado de barras se refiere al material de
diámetro grande, mientras que el estirado de alambre se refiere a material de
diámetro pequeño.
Con el proceso de estirado de alambres se pueden obtener diámetros hasta de
0.001 pulg. (0.025 mm).

El estirado de barras se realiza 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
de trabajo tiene un diámetro grande, la alimentación a la maquina es mas bien en
barras (no en rollos) esta situación limita la longitud de trabajo por lo que es
conveniente trabajar en forma de lotes.
El estirado de alambres en cambio se alimenta con rollos de alambre de varios
cientos de metros de longitud que pasan a través de una serie de dados. El
numero de dados varia de cuatro a doce. Esquemáticamente el arreglo mecánico
para el estirado de varillas y alambre se representa en la Fig. No 13.
Para medir la efectividad de una operación de estirado se utiliza el porcentaje de
reducción de las áreas original y final, esto es:
r = (Ao –Af) / Ao = (Do – Df) / Do, ec. 11
Figura No. 13, Estirado de barras, varillas o alambre
Donde:
r = reducción del área en el estirado
Ao = área original del metal de trabajo, pulg.² (mm.²)
Af = área final del metal de trabajo, pulg.² (mm.²)
Do = diámetro original del alambre, pulg. (mm.)

Df = diámetro final del alambre, pulg. (mm.)
El valor de r generalmente se expresa como porcentaje.
Reducción máxima por ciclo.
La reducción máxima por ciclo es aquella en que el alambre pasa a través del
dado o grupo de dados para ser estirado. La reducción máxima de diámetros en el
estirado de alambre esta limitado por el esfuerzo de cedencia del material
(recordar que el esfuerzo de cedencia de un material dúctil es el punto de esfuerzo
en el cual el material ya no se recupera, es decir el material ya no sigue la ley de
Hooke).
Si aumentamos la cantidad de reducción, en la misma proporción aumenta el
esfuerzo necesario para estirarlo. Si estos esfuerzos de estirado son mayores que
el esfuerzo de cedencia del material, el material del alambre simplemente se
alarga, es decir se deforma permanentemente. Entonces concluyendo, para que el
estirado de alambre sea exitoso, el esfuerzo máximo de estirado debe ser menor
que el esfuerzo de cedencia del material del alambre.
Entonces, determinado ese esfuerzo máximo de estirado, fácilmente se puede
calcular el área mínima de estirado Af, o bien el diámetro final del alambre Df.
Si no ocurre fricción o trabajo redundante en el estirado (el trabajo redundante se
genera debido al esfuerzo de compresión a que esta sujeto el metal de trabajo
sobre el dado de estirado), la deformación real (def) del alambre puede
determinarse así:
def = ln (Ao / Af) = ln ( 1 / (1 - r )) ec 12
El esfuerzo de tensión que resulta de la deformación anterior se calcula de la
siguiente manera:
St = Syp x def = Syp x ln (Ao / Af) ec 13

Donde:
St = Esfuerzo de tensión a que esta sujeto el alambre, lb/pulg² (Mpa)
Syp = Esfuerzo de cedencia del material del alambre, lb/pulg² (Mpa)
def = Deformación real del alambre, pulg. (mm.)
ln = Logaritmo neperiano de base e , ( e = 2.7183)
Supongamos el caso ideal de un metal completamente plástico, sin fricción y sin
trabajo redundante, en estas condiciones el esfuerzo de estirado máximo posible
es igual al esfuerzo de cedencia del material del alambre, esto es:
St = Syp x ln(Ao / Af) = Syp x ln( 1 /(1 – r)) = Syp ec 14
La simplificación matemática anterior se lleva a cabo puesto que:
ln(Ao /Af) = ln( 1 /(1 – r)) = 1 ; entonces Ao /Af = 1 / (1 – r) = 1 ec 15
esto quiere decir que la deformación máxima posible es 1.0
es decir defmax =1.0
de la ec.12, tenemos
la relación máxima posible de área es: Ao/Af = e = 2.7183
Despejando a Ao tenemos: Ao = Af x e
y la reducción máxima de áreas posible es :
rmax = (Ao –Af) / Ao = (Af x e – Af) / Af x e = Af ( e – 1)/ Af x e = (e -1) / e
rmax = (2.7183 -1) / 2.7183 = 0.6321 = 63.21 %
El valor obtenido por la ecuación anterior se utiliza frecuentemente como la
reducción teórica máxima en un solo paso, aunque recordemos que como es un
caso ideal se hicieron las siguientes consideraciones:
1°.- No existe fricción entre el dado y el material del alambre.
2°.- No se genera trabajo redundante.
3°.- No hay endurecimiento por deformación, que podría incrementar la

reducción máxima posible debido a que el alambre a la salida podría ser mas
resistente que el metal inicial.
En la práctica industrial las reducciones por paso están por debajo de los límites
teóricos (63.21 %), se emplean los siguientes indicadores:
- estirado simple de barras 50 %
- estirado múltiple de alambre 30 %
Esfuerzo y Fuerza de estirado.- Para calcular la fuerza de estirado para un
material determinado existen algunos métodos; el mas utilizado por la exactitud de
sus resultados es el que sugiere Schey, J. A. Introduction to Manufacturing
Processes, 2ª. Ed. Macgraw Hill, Chapter 4.
)
Af
Ao
(
ln
)
tan
1
(
Syp
Sd Ecuación 16
Sd = Esfuerzo de estirado, lb / pulg2
(MPa)
μ = coeficiente de fricción dado-material de trabajo
α = ángulo del dado (medio ángulo, como se define en la figura No. 13)
φ = factor que se utiliza para deformación no homogénea; el cual puede ser
determinado así:
φ = 0.88 + 0.12 (D / Lc) ; donde
D = diámetro promedio del material de trabajo durante el estirado, pulg (mm)
Lc = longitud de contacto del material de trabajo con el dado de estirado,
definido en la figura 13, pulg (mm)
2
Df
Do
D
sen
2
Df
Do
Lc

Y entonces, la fuerza de estirado F, será el área de la sección transversal del
material estirado Af, multiplicada por el esfuerzo de estirado Sd:
Af
Ao
ln
tan
1
Syp
A
Sd
A
F f
f Ecuación 17
Ejemplo de cálculo:
Un alambre se estira a través de un dado de estirado con un ángulo de entrada = 15°. El
diámetro inicial es de 0.100 pulg y el diámetro final de 0.080 pulg. El coeficiente de
fricción en la interfase dado-material de trabajo es de 0.07 . El metal tiene un esfuerzo de
cedencia de 30 000 lb / pulg2
.
Determinar el esfuerzo de estirado y la fuerza de estirado de la operación.
Solución:
lg
pu
090
.
0
2
080
.
0
100
.
0
2
Df
Do
D
lg
pu
0386
.
0
15
sen
x
2
080
.
0
100
.
0
sen
2
Df
Do
Lc
φ = 0.88 + 0.12 (0.090 / 0.0386)= 1.16
Las áreas antes y después del estirado son:
lg
pu
00786
.
0
4
100
.
0
4
Do
Ao
2
2
lg
pu
00503
.
0
4
080
.
0
4
Df
A
2
2
f
La deformación real resultante es 446
.
0
00503
.
0
00786
.
0
ln
Af
Ao
ln
def
2
lg
pu
/
lb
6
.
591
19
00503
.
0
00786
.
0
ln
16
.
1
15
tan
07
.
0
1
000
30
)
Af
Ao
(
ln
)
tan
1
(
Syp
Sd
Y la fuerza de estirado es:

N
52
.
438
lb
545
.
98
6
.
591
19
x
00503
.
0
Sd
A
F f
Proceso de estirado de alambres y barras.
El estirado es un proceso que se realiza en frío, con algunas excepciones. Su uso
más frecuente es para la producción de secciones circulares aunque no es
limitativo a esta sección circular.
El estirado de alambre es un proceso industrial importante que produce productos
comerciales como cables y alambres eléctricos, alambre para cercas, ganchos de
ropa y carros de supermercado; varillas para fabricar clavos, tornillos, remaches y
otros artículos de ferretería
El estirado de barras se utiliza para producir barras de metal para maquinado y
para otros procesos.
Las ventajas de fabricar los artículos anteriores con este proceso de estirado son:
1°.- Estricto control dimensional.
2°.- Excelente acabado superficial.
3°.- Mejores propiedades mecánicas y físicas, tales como resistencia y dureza
4°.- Adaptabilidad para producción en masa o en lotes; las velocidades de estirado
son tan altas como 10000 pies/min. (50 mts/seg.) para alambre muy fino (0.001
pulg.)
5°.- En el caso de barras, la operación de estirado, mejora la maquinabilidad.
Equipo utilizado.
El estirado de barras se realiza sobre una maquina llamada banco de estirado,
es una mesa de entrada, un bastidor del dado, la corredera y el armazón de
salida, dispuestos como en la figura No. 18

Figura No. 14 Banco de estirado operado hidráulicamente para el estirado de barras
metálicas.
La corredera se usa para jalar el material a través del dado, esta accionada por
cilindros hidráulicos o por cadena y catarina. El bastidor del dado se diseña para
contener más de un dado de manera que se pueden estirar simultáneamente
varias barras a través de los respectivos dados.
El estirado de alambre se efectúa sobre maquinas estiradoras continuas, que
contienen múltiples dados de estirado, separados por tambores de
almacenamiento temporal. Cada tambor llamado cabrestante es movido por un
motor que provee la fuerza necesaria para estirar el alambre a través del dado
correspondiente. Cada dado realiza una cierta reducción de diámetro y así se
alcanza la reducción total en el tren de estirado.
Durante el proceso de estirado, cuando el material del alambre no reúne las
condiciones de ductilidad necesarias los rollos de alambre son sometidos a un
tratamiento térmico de recocido.
Diseño de los dados de estirado.
El la figura 15 están representadas las características geométricas que debe tener
un dado de estirado.

Figura 15, dado de estirado para barras redondas o alambre.
Región de entrada.- Es generalmente una abertura en forma de campana que no
entra en contacto con el trabajo de estirado, su función es actuar como embudo
lubricante en el dado y evitar ralladuras en la superficie de trabajo.
La aproximación.- Es la zona donde ocurre el proceso de estirado, es una
abertura en forma de cono con ángulo entre 6° y 20° (a mayor ángulo materiales
de gran plasticidad y gran ductilidad).
La superficie del cojinete.- también llamado campo determina el diámetro final del
material estirado.
El relevo de salida.- Se maquina con un relevo hacia atrás con un ángulo de 30°
El material de construcción de los dados es de acero de herramientas cementado,
para el estirado de alambre a alta velocidad se usan insertos de diamante en la
zona de aproximación del dado.
Preparación previa del trabajo
Antes de iniciar el proceso de estirado, el material es preparado adecuadamente
para asegurar la calidad del producto, los pasos que se siguen son:
1.- Los materiales de trabajo (barras y alambres) son sometidos a un

tratamiento térmico de recocido, con el propósito de mejorar la ductilidad
del material durante su deformación a su paso por los dados.
2.- Limpieza; con el propósito de evitar daños en la superficie de trabajo y
en el dado de estirado, se deben remover las cenizas, capas de oxido y
huellas de corrosión por medio de baños químicos o con chorro de
munición. En casos de estirado critico se prelubrica la superficie de trabajo
después de la limpieza.
3.- El afilado o reducción del diámetro en el extremo inicial es una
operación que se realiza para que pueda insertarse a través del dado de
estirado para iniciar el proceso. Esta operación puede realizarse con un
estampado, con un laminado o con torneado.

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