Materia: Ciencia de los Materiales Fuente: Mechanical Metallurgy – G. Dieter, Ed. 3

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CIENCIA DE LOS MATERIALES 2010

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS PROCESOS DE CONFORMADO PLÁSTICO CONFORMABILIDAD

Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

• Son aquellas propiedades que permiten evaluar la aptitud de un material para ser sometido a los procesos tecnológicos que se utilizan para dar forma a una pieza ó estructura a partir de dicho material • En general, se trata de propiedades complejas, donde intervienen las variables operativas del proceso de conformado MATERIAL (Propiedades) PIEZA

PROCESOS DE CONFORMADO

(Función – Diseño) GEOMETRÍA

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS • Principales Propiedades Tecnológicas

• Conformabilidad: aptitud para ser sometido a procesos de conformado por deformación plástica (en frío ó en caliente) sin arranque de viruta • Soldabilidad: aptitud para ser sometido a procesos de unión, mediante la acción del calor y/ó presión • Maquinabilidad: aptitud para ser sometido a procesos de conformado con arranque de viruta • Colabilidad: aptitud para ser sometido a procesos de conformado mediante el llenado (vaciado ó colado) del material en estado líquido en un molde (cavidad con la forma deseada) Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires

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PROCESOS DE CONFORMADO • Procesos de conformado más utilizados • Colado en Moldes • Conformado Plástico • Maquinado ó Mecanizado • Pulvimetalurgia • Procesos de Unión por Soldadura

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PROCESOS DE CONFORMADO • Colado en Moldes

• El metal fundido es vertido en una cavidad que tiene la forma deseada, llamado molde . Luego de la solidificación, y enfriamiento, se extrae la pieza colada. • Los lingotes son piezas coladas q que luego g son sometidas a procesos de conformación plástica para fabricar productos

Modelo

Caja de Moldeo

• El resto de las piezas coladas, en general, no se someten a procesos de conformación Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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PROCESOS DE CONFORMADO • Conformado Plástico

• El material sufre una deformación plástica, mediante la acción de cargas aplicadas, a través de herramientas adecuadas. En este tipo de proceso, no hay extracción de material en forma de viruta • Principales Procesos ™ Laminación

™ Estirado

™ Extrusión

™ Doblado

™ Forjado

™ Corte

™ Trefilado ™ Embutido Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Buenos Aires

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PROCESOS DE CONFORMADO • Maquinado ó Mecanizado

• Procesos que permiten obtener la forma de la pieza, mediante operaciones con arranque de material en forma de viruta • La viruta es producida mediante la acción de una herramienta de corte en forma de cuña de gran ángulo, la que al moverse relativamente respecto de la superficie de material, permite extraer una capa superficial del mismo, que se convierte en viruta • Principales Procesos ™ Torneado

™ Taladrado

™ Brochado

™ Fresado

™ Limado y Cepillado

™ Rectificado Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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PROCESOS DE CONFORMADO • Maquinado ó Mecanizado

Aserrado

Taladrado

Torneado

Cepillado

Fresado Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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PROCESOS DE CONFORMADO • Pulvimetalurgia

• Proceso donde se parte de un material en forma de polvos finos que son compactados en un molde adecuado (matriz) y luego sometidos a un proceso de sinterización a alta temperatura, para lograr la unión metalúrgica entre las partículas de polvo

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PROCESOS DE CONFORMADO • Unión por Soldadura

• Son procesos de unión entre partes previamente conformadas • La unión se basa en la acción del calor que es aportado externamente (ej. acción de un arco voltaico) ó bien por algún proceso fisicoquímico (ej. fricción, efecto Joule) • En este tipo de proceso, proceso puede ó no haber fusión del material Fuerza

Revestimiento del Electrodo

Electrodo

Alambre Atmósfera de Arco

Metal de Soldadura

Corriente

Gotas de Metal y Escoria

Escoria Sólida

Profundidad de Penetración Metal Base

Electrodo

Fuerza

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PROCESOS DE CONFORMADO

• Cada uno de estos procesos tiene un rango de aplicación definido, que depende de: 9 La geometría deseada 9 El tamaño de la pieza 9 El volumen de producción 9 El tipo i d material de i l que será á fabricado f b i d 9 La calidad superficial requerida 9 Las tolerancias dimensionales 9 Las propiedades exigidas • En general, cuando se requiere fabricar una pieza, se utiliza una combinación adecuada de varios de los procesos mencionados Ciencia de los Materiales Ingeniería Industrial

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PROCESOS DE CONFORMADO • Clasificación según el Rango de Temperatura

Procesos de Conformado Plástico

•

•

TRABAJADO EN FRIÓ: T < 0,25 Tf [ K]

TRABAJADO EN CALIENTE: T > 0,6 Tf [ K]

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PROCESOS DE CONFORMADO • Clasificación según las Solicitaciones aplicadas

Procesos que aplican principalmente tensiones de compresión Laminación, Extrusión, Forja Procesos que aplican principalmente tensiones de tracción Trefilación Embutido Trefilación,

Procesos de Conformado Plástico

Procesos que aplican principalmente un momento flexor Doblado, Plegado Procesos que aplican tensiones de corte Corte con Cizalla, Troquelado

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PROCESOS DE CONFORMADO • Laminación

• Es el proceso que reduce el espesor ó cambia la sección de un producto, mediante fuerzas de compresión que se aplican a través de un juego de cilindros • Es el proceso de mayor uso, donde el 90 % de los productos metálicos son laminados • Puede realizarse en frío ó en caliente, produciendo productos planos, no planos ó huecos

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PROCESOS DE CONFORMADO • Extrusión

• Es el proceso mediante el cual, un material es forzado a pasar por una matriz de extrusión, mediante fuerzas de compresión, donde se reduce su sección transversal • La extrusión se denomina directa cuando el flujo de material coincide con la dirección en que se aplica la fuerza e inversa cuando el flujo de material va en dirección opuesta al sentido en el que es aplicada la fuerza • Puede realizarse en frío ó en caliente, permitiendo obtener casi cualquier forma maciza ó hueca

Extrusión Directa

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PROCESOS DE CONFORMADO • Forjado

• Es el proceso mediante el cual, se aplica sobre un material fuerzas de compresión, utilizando diferentes tipos de matrices y herramientas (yunques, martillos, etc.) • Puede realizarse en frío ó en caliente y generalmente requiere operaciones adicionales como el mecanizado • El proceso de forja más simple se lo denomina forja libre, donde el metal se sitúa entre dos matrices (en gral. planas) se somete a compresión reduciendo su altura y ensanchamiento libre

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PROCESOS DE CONFORMADO • Trefilación

• Es un proceso donde la sección de un alambre, alambrón, barra ó tubo, es reducida, cuando el producto es forzado a pasar a través de una matriz que tiene forma de boquilla, llamada trefila; aplicando cargas de tracción mediante un juego de mordazas que lo traccionan • En el caso de tubos, se puede reducir tanto su diámetro como su espesor

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PROCESOS DE CONFORMADO • Embutido

• Es un proceso donde un punzón obliga a un recorte de chapa a introducirse en una matriz con una cavidad, permitiendo obtener piezas con cierta profundidad en forma acopada (ej. latas, bandejas, envases, copas, etc.) • La fuerza que se aplica a través del punzón, genera un estado de tracción biaxial en el fondo de la pieza y en sus paredes

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PROCESOS DE CONFORMADO • Estirado

• En este proceso un recorte de chapa es sometido a un esfuerzo de tracción donde simultáneamente es exigido a adoptar la forma de una matriz • Entre otras aplicaciones, se utiliza para realizar los paneles de las alas de los aviones, paneles de carrocería de autos y marcos de ventana

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PROCESOS DE CONFORMADO • Doblado

• Es uno de los procesos más utilizados en el conformado de chapas. No solo sirve para formar pliegues, pestañas y corrugados, sino también para aumentar la rigidez del material

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PROCESOS DE CONFORMADO • Corte

• En este proceso, el corte se produce por medio de dos cuchillas móviles en una cizalla ó tijera • En general, es el primer proceso al que se somete una chapa previamente bobinada • Las tensiones de corte aplicadas por el herramental, herramental generan una zona de deformación plástica localizada que termina fisurando el material y separándolo del resto

Corte

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PROCESOS DE CONFORMADO • Deformación en Caliente

• El Trabajo en Caliente se define como la deformación plástica del material a una temperatura superior a la de recristalización • Al brindar aporte térmico, los iones comienzan a variar su posición se dilatan, posición, dilatan aumentan la distancia interiónica y la estructura se debilita, por lo que la intensidad de la solicitación para deformar la estructura del material será menor

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PROCESOS DE CONFORMADO • Características

• El material no se endurece por deformación ∴ la cantidad de deformación plástica es ilimitada • Cuando se aplica como primer paso en el procesado de lingotes, produce cambios profundos en la estructura de solidificación • La conjunción de la deformación y la alta temperatura, permiten homogeneizar el material estructuralmente, refinar el TG de la estructura de solidificación y cerrar la porosidad y los microrechupes de solidificación

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PROCESOS DE CONFORMADO • Características

• El acabado superficial es más deficiente que el obtenido por Trabajado en frío • La precisión dimensional es menor que en el Trabajado en Frío, debido a que el material se contrae durante el enfriamiento • Mayor costo de operación

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PROCESOS DE CONFORMADO • Deformación en Frío

• El Trabajo en Frío se define como la deformación plástica que se lleva a cabo en una zona de temperatura y sobre un intervalo de tiempo tales que no se elimina el endurecimiento por deformación

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PROCESOS DE CONFORMADO • Características

• Se puede simultáneamente endurecer el material, mientras se le da la forma final • Se obtienen excelentes tolerancias dimensionales • La terminación superficial es mejor que en Caliente • En el caso de producir grandes piezas, la cantidad de Trabajado en Frío es limitada. Si se intenta mucha deformación, el material puede fallar durante el proceso. • Se requiere mayor potencia que en Caliente para deformar el material

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