formado mecanico

FORMADO MECANICO

FORMADO MECANICO DE METALESEl formado mecnico de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se usa la deformacin plstica para cambiar la forma de las piezas metlicas.La deformacin resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por tanto, el metal se deforma para tornar la forma que determina la geometra del dado.

FUDAMENTOS DEL FORMADO MECANICO DE METALES

FUDAMENTOS DEL FORMADO MECANICO DE METALESEn general, se aplica el esfuerzo de compresin para deformar plsticamente el metal. Sin embargo, algunos procesos de formado estiran el metal, mientras que otros lo doblan y otros ms lo cortan.

FUDAMENTOS DEL FORMADO MECANICO DE METALESPara formar exitosamente un metal ste debe poseer ciertas propiedades. Las propiedades convenientes para el formado son:

Baja resistencia a la fluencia 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.

FUDAMENTOS DEL FORMADO MECANICO DE METALESEl efecto de la temperatura da lugar a la siguiente clasificacin:Trabajo en fro, Trabajo en tibio trabajo en caliente por debajo de la temperatura de recristalizacinTrabajo en caliente arriba de la temperatura de recristalizacin.

FUDAMENTOS DEL FORMADO MECANICO DE METALESLa velocidad de formacin y la friccin son factores adicionales que afectan el desempeo del formado de metales. Cuando el metal se deforma en fro aumenta su resistencia debido al endurecimiento por deformacin, pero si el metal se deforma a una temperatura lo suficientemente elevada (por arriba del punto de recristalizacion) no ocurre el endurecimiento por deformacin, en su lugar se forman nuevos granos libres de deformacin, esta temperatura es aproximadamente al 50% de la temperatura de fusin del metal, llamndose temperatura de recristalizacion y se requiere aproximadamente una hora para la formacin de nuevos granos.

Trabajo del metal en calienteLos procesos de deformacin de metales aprovechan las propiedades de flujo plstico del material a medida que es deformado para producir la forma deseada: el material se comprime o estira hasta adquirir la forma deseada.

Trabajo del metal en calienteUn lingote metlico tiene un uso muy reducido hasta que le es dada una forma tal que pueda usarse en un proceso de manufactura.Si el lingote es admitido en fro, se vuelve bastante difcil, si no imposible, convertir el material por medios mecnicos en una forma estructural, acero en barra o lmina.Sin embargo, si el lingote se trabaja en caliente, puede martillarse, prensarse, laminarse o extruirse en otras formas. Debido a la oxidacin y otras desventajas del trabajo en caliente a temperaturas elevadas, la mayora de los metales ferrosos se trabajan en fro o se terminan en fro despus del trabajo en caliente para obtener un buen acabado superficial, alta exactitud dimensional y mejorar las propiedades mecnicas.

Trabajo del metal en calienteLas caractersticas principales son:Por encima de la temperatura mnima de recristalizacin.La forma de la pieza se puede alterar significativamente.Se requiere menor potencia para deformar el metal.Las propiedades de resistencia son generalmente isotrpicas debido a la ausencia de una estructura orientada de granos creada en el trabajo en fro.El trabajo en caliente no produce fortalecimiento de la pieza.Precisin dimensional ms baja.Mayores requerimientos de energa.Oxidacin de la superficie de trabajo.El utillaje est sometido a elevados desgastes y consiguientes mantenimientos.El trmino Utillaje se define como el conjunto de tiles, herramientas, maquinaria, implementos e instrumental de una industria

Trabajo del metal en calienteLas tecnologas de fabricacin para el proceso de conformado en caliente son:ForjaExtrusinEstiradoDobladoEmbutido

Trabajo del metal en calienteTeniendo en cuenta los usos de los productos metlicos obtenidos (automvil, minera, ferrocarril, construccin naval, etc) y el volumen fabricado, se considera como proceso ms relevante dentro del conformado en caliente la forja.

Trabajo del metal en calienteEl trabajo en caliente tiene las ventajas siguientes:La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayora de los lingotes fundidos contienen muchas pequeas sopladuras. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presin de trabajo. Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a travs del metal. Los granos gruesos o prismticos son refinados. Dado que este trabajo est en el rango recristalino, seria mantenido hasta que el lmite inferior es alcanzado para que proporcione una estructura de grano fino. Las propiedades fsicas generalmente se mejoran, principalmente debido al refinamiento del grano. La ductilidad y la resistencia al impacto se perfeccionan, su resistencia se incrementa y se desarrolla una gran homogeneidad en el metal. La mayor resistencia del acero laminado existe en la direccin del flujo del metal. La cantidad de energa necesaria para cambiar la forma del acero en estado plstico es mucho menor que la requerida cuando el acero est fro.

Trabajo del metal en calienteDesventajas:Debido a la alta temperatura del metal existe una rpida oxidacin o escamado de la superficie con acompaamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. El equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es econmico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas.

FORJADOA pesar de que la forja es el mtodo ms antiguo de trabajar el metal (ao 8000 a.C.), an se sigue utilizando en la actualidad ya que asegura las mejores aractersticas mecnicas de los materiales y la ms alta calidad en cualquier tipo de producto.Aunque puede no ser el mtodo ms econmico para hacer productos en ciertas geometras, la historia ha demostrado que la forja tiene el ms alto nivel de precisin y combinacin de propiedades mecnicas.Las instalaciones y los equipos actuales son cada vez ms modernos y automticos, siempre buscando una mejora en la productividad del proceso.

FORJADOForja: Conformado en caliente mediante la aplicacin de grandes presiones: intermitentemente (golpes) oe forma continua (prensado).

FORJADO1.Forja de herrero o con martillo2.Forja con martinete3.Forja horizontal4.Forja con prensa5.Forja de laminado6.Estampado

FORJADO1.Forja de herrero o con martilloNo se obtienen tolerancias cerradasNo formas complicadas

FORJADO2.Forja con martinete Este es el equivalente moderno del forjado de herrero en donde la fuerza limitada del herrero ha sido reemplazada por un martillo mecnico o de vapor. El proceso puede llevarse a cabo en forjado abierto donde el martillo es reemplazado por un mazo y el metal es manipulado manualmente sobre un yunque.

FORJADO2.Forja con martinete

Figura 9. Martillo para forja por cada libre.

FORJADO2.Forja con martinete

FORJADO3.Forja horizontalNo hay choque o vibracin en la mquinaIgualmente en ambos ladosMenos tiempo de contacto entre el material y el dadose requiere menos energa que con otros procesos de forja

FORJADO3.Forja horizontal

FORJADO3.Forja horizontal

El penetrado progresivo

Los dados no se limitan al recalcado, pueden usarse tambin para penetrado, punzonado, recorte o extrusin.

Puede alimentar barra de acero calentada por induccin a la cavidad del dado

FORJADO4.Forja con prensaEmplean una accin lenta de compresin deformando el metal plstico, contrariamente al rpido impacto del golpe del martillo. Pueden ser operadas ya sea mecnica o hidrulicamente pueden ejercer una fuerza de 4 a 90 MN

FORJADO4.Forja con prensaForjas de ms de 100 ton de peso pueden ser movidas fcilmente en estas prensas forjadoras y los productos de ms alta calidad son manufacturados por esta tcnica.

FORJADO5.Forja de laminadoLa forja por laminado se usa en una amplia variedad de piezas, incluyendo ejes, barras para propulsores de avin, palancas, hojas de cuchillos, cinceles, estrechado de tubos y extremos de muelles. Las piezas hechas de este modo tienen muy buen terminado de superficie y las tolerancias son iguales a otros procesos de forja. El metal es trabajado completamente en caliente y tiene buenas propiedades fsicas.

FORJADO5.Forja de laminado

FORJADO5.Forja de laminadoLaminado de anillos

FORJADO5.Forja de laminado

FORJADO5.Forja de laminadoLaminado de cuerdas

FORJADO6.EstampadoEl estampado difiere de la forja con martillo en que se usa ms bien una impresin cerrada que dados de cara abiertaPara asegurar el flujo propio del metal durante los golpes intermitentes, las operaciones se dividen en un nmero de pasos. Cada paso cambia la forma gradualmente, controlando el flujo del metal hasta que la forma final se obtiene. El nmero de pasos requeridos varia de acuerdo al tamao y forma de la pieza, las cualidades de forja del metal y las tolerancias requeridas

FORJADO6.Estampado

FORJADO6.Estampado

Necesidad de un proceso posterior de desbarbado

FORJADO6.Estampado

FORJADO6.EstampadoLas temperaturas aproximadas de forjado son: acero 1100 a 1250 C; cobre y sus aleaciones 750 a 925C; magnesio 370 a 450C.

FORJADO6.EstampadoCon dados cerrados

FORJADO6.EstampadoEl forjado sin rebaba se clasifica frecuentemente como un proceso de forjado de precisin

FORJADODados de forjado Es importante el diseo de los dados para el xito de la operacin de forjado. Las partes que se forjan deben disearse con el conocimiento de los principios y limitaciones de este proceso.

FORJADOFactores CrticosEl principal factor que se debe controlar en el proceso de conformado en caliente es la temperatura a la cual se est calentando el material. Si el calentamiento es insuficiente el metal ser ms difcil de trabajar debido a que posee una menor ductilidad y maleabilidad propiedades que se le confieren al calentarlos a una temperatura adecuada.

El proceso de laminado en caliente debe seguir una secuencia: primero calentamiento, pasar la chapa por el tren de desbaste, luego por el tren de laminacin y por ultimo el tren de acabado. Si no se respeta esta secuencia se presentan diversos problemas tales como: desgaste excesivo de los rodillos de laminacin, excesiva potencia para realizar el trabajo, etc.

FORJADOFactores CrticosComo variables crticas de proceso tenemos: velocidad de alimentacin, tiempo de tratamiento, nmero de pasadas en laminador y temperatura de salida.

La calidad de la colada es un factor limitante para los posteriores procesos de conformado

El mantenimiento de los equipos tambin es determinante, ya que del buen funcionamiento depende una buena productividad. Aqu incluimos el recambio y mantenimiento de los utillajes.

La situacin geogrfica de la planta industrial. Hay que favorecer la cercana a las aceras y/o plantas de laminacin y la cercana a los puertos. Todo ello abaratar excesivamente los costes logsticos.

Trabajo del metal en caliente

ForjadoMateriales: metales puros: Al, Cu, Fe, Ti, Zn aleaciones: Acero, de Al, (Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn, Al-Mn) de Mg ( Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn), de Cu (Cu-Zn, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Pb) o bronces (Cu-Al,Cu-Ni, Cu-Si)

FORJADO

EXTRUSIONLos metales que pueden trabajarse en caliente pueden extruirse con formas de seccin transversal uniforme con ayuda de presin

EXTRUSIONEl principio de extrusin, similar a la accin del chorro de la pasta de dientes de un tubo, ha sido muy usado para procesos en serie desde la produccin de ladrillos, tubo de desage, tubo de drenaje, hasta la manufactura de macarrones.

EXTRUSIONAlgunos metales como el plomo, estao y aluminio pueden extruirse en fro

Consiste en forzar al metal (confinado en una cmara de presin) a salir a travs de dados especialmente formados. Varillas, tubos, guarniciones moldeadas, formas estructurales, cartuchos de bronce, y cables forrados con plomo son productos caractersticos de metales extruidos.

EXTRUSIONLas velocidades de operacin dependen sobre todo de la temperatura y material, varan de unos cuantos metros sobre minuto hasta 275 m/min.

EXTRUSIONTemperaturas de varios metales en la extrusin en caliente

EXTRUSIONAluminium hot extrusion die

EXTRUSIONVentajas de la extrusin:facilidad de producir una variedad de formas de alta resistencia, buena exactitud y terminado de superficie a altas velocidades de produccin, y relativamente con un bajo costo de los dados.Longitudes casi ilimitadas

EXTRUSIONExisten muchas variantes de este proceso. Extrusin DirectaExtrusin IndirectaExtrusin por Impacto

EXTRUSIONExtrusin DirectaEl metal es extruido a travs del dado abrindolo hasta que slo queda una pequea cantidad

EXTRUSIONExtrusin Indirectaparte extruida es forzada a travs del vstago apisonador

EXTRUSIONExtrusin IndirectaSe requiere menos fuerza por este mtodo, debido a que no existe fuerza de rozamiento entre el tocho y la pared continente. El debilitamiento del apisonador cuando es hueco y la imposibilidad de proveer soporte adecuado para la parte extruida constituyen las restricciones de este proceso.

EXTRUSIONExtrusin por Impacto:Un punzn es dirigido al pedazo de metal con una fuerza tal que ste es levantado a su alrededor. La mayora de las operaciones de extrusin por impacto, tales como la manufactura de tubos plegables, son trabajadas en fro.

EXTRUSION

EMBUTIDOPara productos sin costura que no pueden hacerse con equipo convencional de rolado.

EMBUTIDOSe calienta una lupia a temperatura de forja y con un punzn de penetracin operado con una prensa vertical, la lupia se forma por forja dentro de un extremo hueco cerrado.

EMBUTIDOPara cilindros largos o tubos de pared delgada, pueden requerirse calentamientos y embutidos repetidos

EMBUTIDO

FORJADO TIBIOConocido como Termoforjado utiliza una temperatura intermedia que normalmente se usa para trabajo en fro y en caliente. No hay cambios metalrgicos en el metal ni imperfecciones de superficie frecuentemente asociadas con el metal trabajado a temperaturas elevadas.

FORJADO TIBIOLas lneas de flujo siguen el contorno de la pieza, se reducen las concentraciones de esfuerzos. La temperatura del metal y las presiones y velocidades de forjado deben controlarse cuidadosamente, puesto que el metal est abajo de la temperatura de recristalizacin.

TROQUELADOEl troquelado es la accin que ejecuta un molde " TROQUEL " cuando se presiona contra un material mediante una prensa.

TROQUELUna base de una matriz con mayor resistencia o dureza que las cuchillas o estampa de elaboracin de la pieza. Las regletas cortadoras o hendedoras. Sus funciones son las siguientes: cortar, bien para perfilar la silueta exterior, bien para fabricar ventanas u orificios interiores hender, para fabricar pliegues perforar, con el fin de crear un precortado que permita un fcil rasgado semicortar, es decir, realizar un corte parcial que no llegue a traspasar la plancha Gomas. Gruesos bloques de goma que se colocan junto a las cuchillas y cuya funcin es la de separar por presin el recorte sobrante

Troquel plano:

Su perfil es plano y la base contra la que acta es metlica. Su movimiento es perpendicular a la plancha consiguiendo as una gran precisin en el corte.

Troquel rotativo:

El troquel es cilndrico y la base opuesta est hecha con un material flexible. Al contrario que en el troquelado plano, el movimiento es contino y el registro de corte es de menor precisin. Ello es debido a que la incidencia de las cuchillas sobre la plancha se realiza de forma oblicua a la misma.

Proceso troquelado

EMBUTIDOSe denomina embuticin al proceso de conformado en fro de los metales, por el que se transforma un disco o piezas recortada, segn el material, en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una seccin menor con mayor altura.

HERRAMIENTAS DE EMBUTIDO Con ste tipo de herramientas de embuticin profunda se confeccionan partiendo de discos o piezas recortadas segn el material, piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una seccin menor con mayor altura. No se pretende con sta operacin generalmente una variacin del espesor del material.

Herramienta de Embutido de Accin Simple.

En este tipo de herramienta el disco recortado a embutir se fija en su asiento, al actuar la placa prensa disco, el punzn comienza a penetrar el material en la matriz en su totalidad.Seguido se expulsa la pieza embutida por accin de un expulsor, obtenindose una pieza de esta caracterstica.

Herramientas de Embutido de Doble Accin

En este tipo de herramientas, el punzn se ubica en la parte superior de la corredera (prensa), el disco recortado se ubica tambin en su asiento en la matriz y el punzn y la placa prensa disco actan simultneamente y la matriz cuenta con el expulsor

Herramienta de Embutido TelescpicoSe utiliza en piezas previamente embutidas con la finalidad de conseguir una mayor altura y por consiguiente una pieza de menor dimetro, para ello se debe contar con un juego de punzn y matriz adecuado, de tal manea de conseguir el objetivo, como quiera que con el embutido previo, el material deformado ha conseguido una acritud debe ser tratado trmicamente para recobrar su elasticidad, esto se debe aplicar en cada fase del proceso de embutido.

Proceso de embuticinLas piezas recortadas o discos a emplear se disponen en el asiento o anillo de centrado, fijado a la matriz de embutir, con la finalidad de centrar el disco en el proceso de embuticin. Un dispositivo pisador aprieta el disco contra la matriz de embutir con la finalidad de que no se produzcan pliegues. El punzn de embutir al bajar estira el material sobre los bordes rebordeados de la matriz, de modo que se produzca una pieza hueca. El desplazamiento de todos los cristales en que est constituido el material a embutir es radical en toda su magnitud. Cada uno de los cristales del material se desplaza, en la medida de que este se desliza en la abertura entre el punzn y la matriz.

Proceso de embuticinEl desplazamiento del material en ese instante es semejante al flujo de agua por el rebosadero de una presa. Cuando se pretende que el espesor del material no se altere durante el proceso de embutido, el rea de la pieza original (disco recortado) debe ser igual al rea de la superficie de pieza embutida.La friccin es un factor que debe tomarse en cuenta por cuanto el material se desliza en la abertura entre el punzn y la matriz. Por lo tanto esta rea debe estar pulida y lapeada. Esto reduce la carga necesaria para el desarrollo del embutido. El achaflanado de los bordes de la matriz ayuda a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operacin de embutir. Facilitan tambin el embutido la lubricacin adecuada, del disco recortado y de la herramienta en su conjunto.El juego que queda entre el punzn y la matriz de embutir tiene que ser mayor que el espesor de la chapa. Se han acreditado como conveniente para el caso de chapas de acero, holguras de 1,12 a 1,30 veces el espesor de la chapa, para chapas de latn, holguras de 1,08 a 1,20 veces el espesor, para chapas de aluminio la holgura es de 1,04 a 1,10 veces el espesor.

Se emplean en operaciones tales como torneado, cepillado, fresado y taladrado, tanto como en otros procesos ejecutados por maquinas herramientas. Las partes se producen desprendido metal en forma de pequeas virutas. El trabajo central de estas mquinas est en la herramienta cortante que desprende esas virutas. CORTE DE METALES

Herramientas cortantes para metal La forma ms simple de herramienta cortante es la de una sola punta, como la usada en el trabajo de torno y cepillo de codo. La de puntas mltiples son solamente dos o ms herramientas de una sola punta acomodadas como una sola unidad (fresas y escariadores). En el corte ortogonal de una sola punta, el filo cortante es perpendicular a la direccin de corte y no hay flujo lateral del metal. No hay curvatura en tales virutas, y todas las partes de la viruta tienen la misma velocidad.

Fuerzas de corte La fuerza de cizallamiento y el ngulo del plano de cizallado estn afectados por la fuerza de rozamiento de la viruta contra la cara de la herramienta. La fuerza de rozamiento depende de un nmero de factores que incluyen la lisura y afilado de la herramienta, ya sea que se use o no un refrigerante, los materiales de la herramienta y de la pieza de trabajo, la velocidad de corte y la forma de la herramienta.

Materiales para las herramientas El mejor material a usar para cierto trabajo es el que producir la parte maquinada al menor costo. Las propiedades deseadas en cualquier material para herramientas incluyen: la capacidad para resistir el ablandamiento a altas temperaturas, un bajo coeficiente de friccin, buenas cualidades de resistencia a la abrasin y una tenacidad suficiente para resistir la ruptura. Los principales materiales empleados en las herramientas de corte son los Aceros de alto carbn.

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