ITM 5° B PROCESOS PRIMARIOS DE MANUFACTURAGABRIEL GALICIA CASTILLO

ContenidoObjetivo:..................................................................................................................................2

Introducción.............................................................................................................................2

1.1 Forja.................................................................................................................................2

Tipos de Forja...........................................................................................................................3

Procesos de forja......................................................................................................................5

Forja de anillos.........................................................................................................................7

1.2 Extrusión........................................................................................................................13

1.3 Laminación.....................................................................................................................17

3.5 Manufactura de tuberías......................................................................................................19

3.6 Otros procesos de deformación plástica..............................................................................20

ESTIRADO.......................................................................................................................22

ESTIRADO DE ALAMBRE............................................................................................22

PROCESO DE CIZALLADO.............................................................................................22

CONCLUSION:.........................................................................................................................23

Bibliografía.............................................................................................................................24

Objetivo:El alumno será capaz de comparar los procesos de formado en caliente, tibio y frío, y elegir entre los distintos procesos de trabajo en lámina de metal.

Introducción El formado de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar la forma delas piezas metálicas. La deformación 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 geometría del dado.

La deformación es únicamente uno de los diversos procesos que pueden usarse para obtener formas intermedias o finales en el metal. El estudio de la plasticidad está comprometido con la relación entre el flujo del metal y el esfuerzo aplicado. Si esta puede determinarse, entonces las formas más requeridas pueden realizarse por la aplicación de fuerzas calculadas en direcciones específicas y a velocidades controladas.

Para formar exitosamente un metal éste 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.

1.1 ForjaTrabajo de un metal, especialmente de hierro, dándole una forma definida cuando está caliente por medio de golpes o presión.

Es el proceso de conformado donde las piezas metálicas son expuestas a grandes fuerzas de compresión para generar otras piezas de alta resistencia y tenacidad. Este proceso se realiza en caliente, relativamente hablando, es necesario calentar el material hasta su punto plástico para así poder obtener maleabilidad del mismo.

Es el proceso de conformado donde las piezas metálicas son expuestas a grandes fuerzas de compresión para generar otras piezas de alta resistencia y tenacidad. Este proceso se realiza en caliente, relativamente hablando, es necesario calentar el material hasta su punto plástico para así poder obtener maleabilidad del mismo.

La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.

Es un proceso al que lo conforman metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.

Este proceso de fabricación se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes:

por presión:

De forma continua utilizando prensas.

por impacto:

De modo intermitente utilizando martillos pilones.

Tipos de Forja.

Los principales tipos de forja que existen son:

Forja libre:

Es el tipo de forja industrial más antiguo, este se caracteriza porque la deformación del metal no está limitada por su forma o masa. Se utiliza para fabricar piezas únicas o pequeños lotes de piezas, donde normalmente éstas son de gran tamaño. Además este tipo de forja sirve como preparación de las preformas a utilizar en forjas por estampa.

Forja con estampa:

Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando

martillos o prensas, el material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría deseada.

Recalcado:

A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este además puede realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material en una zona determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra).

Forjado isotérmico:

Es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles es significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional.

Procesos de forja.Dado abierto. Simples, baratos, útiles para pequeñas cantidades, amplia variedad de tamaños, buena resistencia.

Dado cerrado. Mejor aprovechamiento del material, mejores propiedades que los dados abiertos, buena precisión dimensional, alta velocidad de producción y buen acabado.

Ejemplo de forja en dados abiertos.

Forja de anillos.Forja en dados abiertos.

Se le llama así porque el material no está confinado, se realiza generalmente entre dados planos, permitiendo un amplio rango de formas y tamaños. Si se desea una pieza con excelente integridad estructural y se trata de una pieza de gran tamaño, lo más apropiado es usar este método. El tamaño de la pieza sólo está limitado por el tamaño del lingote o del tocho inicial.

Capacidades del proceso.

Prácticamente todos los metales ferrosos y no ferrosos se pueden forjar bajo este método, inclusive superaleaciones endurecidas por envejecimiento y aleaciones refractarias resistentes a la corrosión. Se le puede dar virtualmente casi cualquier forma geométrica.

Ejes sólidos con diferentes diámetros, que se incrementan o disminuyen a lo largo de su longitud.

Formas cilíndricas huecas, con longitudes más grandes que el diámetro, con variaciones en el espesor de la pared y/o cambios en el diámetro exterior e interior.

Piezas en forma de arandelas o anillos unidos a cilindros, con diferentes relaciones de altura/espesor.

Pueden combinarse diferentes operaciones sucesivas de forja, en una secuencia, para producir la forma requerida.

Forja en dados cerrados.

So comprime el material entre dos dados que contienen una cavidad preformada de la pieza deseada. Se pueden hacer piezas desde unos cuantos gramos de peso, hasta decenas de toneladas. En este proceso es posible forjar algunas piezas pequeñas en “frío”.

Capacidades del proceso.

Produce una variedad ilimitada de formas en 3-D. Son utilizadas para este proceso, prensas hidráulicas de capacidades de 20000 tons, 50000 tons y 50000 lbs, por mencionar algunas.

Da un mejor acabado dimensional y también mayor exactitud que el proceso de dado abierto. Pero es requerida una cavidad preformada en el dado para el proceso, más sin embargo, esto no es contraproducente, porque de esta manera el proceso es más rápido teniendo ya bien definida la forma final deseada.

Dos o más dados forman la cavidad de impresión, al cerrarse deforman plásticamente la pieza.

El material fluye, restringido por el contorno del dado, y se forman piezas muy complejas y de tolerancias más cerradas que en el proceso con dado abierto; como se había mencionado anteriormente. También hay una mayor diversidad de piezas a formar, ya sean simétricas o no simétricas.

En general la forja es el proceso de “comprimir” metal para darle una forma deseada. Se puede realizar de dos formas, en dados abiertos o en dados cerrados. Generalmente, a nivel industrial, el proceso se realiza con prensas hidráulicas debido a su gran poder de compresión superior a los de otros métodos.

Ventajas:

o Incrementa las propiedades del material.

o Para altas producciones y bajos costos.

o Se reduce el maquinado de acabado.

o Pueden formarse materiales con alta dureza o tenacidad.

o Tolerancias muy pequeñas.

o Producciones muy rápidas.

Cualquier metal puede ser forjado, depende del ingeniero elegir el mejor para el trabajo. Los más comunes son: aceros al carbón, aleados, inoxidables, de alta dureza, aluminio, titanio, cobre, latón, y aleaciones refractarias que contienen cobalto, níquel o molibdeno.

Como ya se mencionó antes, es decisión del ingeniero elegir el material que se requiere según sus propiedades, costo, facilidad de tratado para el proceso, etc; para el proceso. Dicho material debe de ser elegido cuidadosamente si se requiere de un trabajo de propiedades bien definidas y específicas, por ejemplo, para la turbina de un avión no se puede usar el mismo material que para un engrane.

Consideraciones generales.

o Grandes cargas.

o Grandes esfuerzos para deformación.

o Altas temperaturas y cargas de impacto.

o Largas vidas de servicio por parte de la pieza (> 20 años).

1.2 Extrusión

Es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija.

El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento. También las piezas finales se forman con una terminación superficial excelente.

Consiste en calentar un material hasta su punto plástico para posteriormente ser forzado a pasar a través de una boquilla o un dado para darle una forma predeterminada transversal constante, y en un principio, de longitud indefinida. *

La extrusión puede ser continua o semicontinua. El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío.

Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.

El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel. Si son requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado mediante calor o trabajado en frío.

Puede hacerse de manera continua, produciendo secciones de material muy largas, o semicontinua, produciendo varias piezas o pequeñas secciones de material. Además de poder trabajar en caliente o en frío.

Los materiales más comúnmente extruidos son: metal, polímeros, hormigón, cerámicas y alimentos.

Extrusión en caliente.

Se realiza a altas temperaturas este proceso para disminuir la resistencia del paso del material a través del troquel o dado, facilitando y acelerando el proceso, además de requerirse menor esfuerzo para el recorrido del material.

Material Temperatura [°C (°F)]

Magnesio 350-450 (650-850)

Aluminio 350-500 (650-900)

Cobre 600-1100 (1200-2000)

Acero 1200-1300 (2200-2400)

Titanio 700-1200 (1300-2100)

1000-1200 (1900-2200)

Aleaciones Mayores a 2000 (4000)

Refractarias

Extrusión en frío.

Se realiza alrededor de la temperatura ambiente, con la ventaja de tener menor grado de oxidación que el proceso en caliente, lo que se traduce en mayor fortaleza, tolerancias más estrechas, buen acabado de la superficie y rápida velocidad si se somete a breves calentamientos.

Los materiales que son comúnmente tratados con extrusión fría son:

plomo estaño aluminio cobre circonio titanio molibdeno berilio vanadio niobio acero

Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son:

tubos plegables extintor de incendios cilindros del amortiguador

pistones automotores, entre otros.

Extrusión directa.

Es el proceso más común de extrusión, en el cual se coloca el material en un recipiente fuertemente reforzado, para ser empujado por un tornillo o carnero a través de un troquel con forma predefinida. La mayor desventaja en este proceso es la gran fuerza requerida para hacer pasar el material a través del troquel. Aunque no es requerida la misma fuerza durante todo el proceso, ésta varía según la cantidad de material restante a extruir; es decir; a mayor material por extruir mayor fuerza requerida para su extrusión.

Extrusión Tibia.:

La extrusión tibia se hace por encima de la temperatura ambiente pero por debajo de la temperatura de recristalización del material, en un intervalo de temperaturas de 800 a 1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este proceso se usa generalmente para lograr el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales de la extrusión.

La extrusión tibia tiene varias ventajas comparada con la extrusión fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del acero. Incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en la extrusión en frío.

Defectos del proceso.

Quebradura de superficie - cuando hay grietas en la superficie de extrusión. Esto se

debe a la temperatura de extrusión, fricción, o velocidad muy alta. Esto puede pasar

también a bajas temperaturas, si el producto temporalmente se pega al troquel.

Defecto de tubo - Se crea una estructura de flujo que arrastra los óxidos de la

superficie y las impurezas al centro del producto. Tales patrones que son

frecuentemente causados por altas fricciones o enfriamiento de la parte externa de la

barra.

El agrietamiento interior o defecto Chevron se produce cuando el centro de la

expulsión desarrolla grietas o vacíos. Estas grietas son atribuidas fuerzas de tensión

hidrostática en la línea central en la zona de deformación en el troquel. Aumenta al

aumentar el ángulo de la matriz y la concentración de impurezas, y disminuye al

aumentar la relación de extrusión y la fricción.

1.3 Laminación

Se conoce como laminación o laminado al proceso industrial por medio del cual se reduce el espesor de una lámina de metal o de materiales semejantes con la aplicación de presión mediante el uso de distintos procesos, como la laminación de anillos o el laminado de perfiles.

Por tanto, este proceso se aplica sobre materiales con un buen nivel de maleabilidad. La máquina que realiza este proceso se le conoce como laminador.

El laminado puede ser en frío o en caliente.

Es el proceso en el que se reduce el espesor de una lámina de metal mediante la aplicación de presión por distintos procesos. Para aplicar este proceso el material debe de tener un buen grado de maleabilidad. La máquina usada para el proceso se le llama laminador.

Laminación en caliente: Conformado en el cual se hace pasar el metal por trenes de rodillos que le dan una forma progresivamente más parecida a la deseada.

Un efecto del trabajo en caliente con laoperación de laminado, es el refinamientodel grano causado por recristalización.

Ventajas– La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayoría de los lingotes fundidos contienen muchas pequeñas sopladuras. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presión de trabajo.

– Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a través del metal.

– Los granos gruesos o prismáticos son refinados. Dado que este trabajo está en el rango recristalino, seria mantenido hasta que el límite inferior es alcanzado para que proporcione una estructura de grano fino.

– Las propiedades físicas 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 dirección del flujo del metal.

– La cantidad de energía necesaria para cambiar la forma del acero en estado plástico es mucho menor que la requerida cuando el acero está frío.

Desventajas:– Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación o escamado de la superficie con acompañamiento 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 económico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas.

La demanda de fabricación en serie del material laminado lleva consigo un alto grado de mecanizado y por tanto un alto grado de automatización. Las máquinas que trabajan el metal laminado se colocan en una cadena de fabricación y se conectan con los medios necesarios que permitan transportar las piezas de una máquina a la siguiente. Estos sistemas de máquinas son típicos de los talleres más modernos y suelen englobarse también en el tren de laminación. Un tren de laminación moderno de gran producción es, generalmente, un conjunto complejo de máquinas y mecanismos que realizan una serie de operaciones consecutivas e interrelacionadas.

3.5 Manufactura de tuberías.Pueden hacerse por soldadura eléctrica o a tope, plancha para formado de tubos, perforado y extrusión. (Para tubería sin costura) Tubería sin costura alta presión y temperatura como también para transportar gas y líquidos químicos.

Tubería sin costura:

Alta presión y temperatura como también para transportar gas y líquidos químicos. Hasta de 400 mm de diámetro.

Tubo soldado a tope es el más común y se usa con propósitos estructurales, postes y para transporte de gas, agua y desperdicios.

Tubo con soldadura eléctrica se usa principalmente para líneas de tubería que transportan productos del petróleo o agua.

3.6 Otros procesos de deformación plástica.

EMBUTIDO

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

Se calienta una lupia a temperatura de forja y con un punzón de penetración operado con una prensa vertical, la lupia se forma por forja dentro de un extremo hueco cerrado.

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

RECHAZADO EN CALIENTE

Se usa comercialmente para conformar o formar placas circulares gruesas de alguna forma sobre un cuerpo giratorio y estrangular o cerrar los extremos de tubos

En ambos casos una especie de torno se usa para hacer girar la pieza rápidamente. El formado se hace con una herramienta depresión roma o rodillo que entra en contacto con la superficie de la pieza en rotación y provoca el flujo del metal y que éste se conforme a un mandril de la forma deseada. Una vez que la operación se desarrolla, se genera un considerable calor por rozamiento el cual ayuda a mantener al metal en estado plástico.

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.

ESTIRADO DE ALAMBRE

Una varilla de metal se aguza en uno de sus extremos y luego es estirada a través del orificio cónico de un dado. La varilla que entra al dado tiene un diámetro mayor y sale con un diámetro menor. En los primeros ejemplos de este proceso, fueron estiradas longitudes cortas manualmente a través de una serie de agujeros de tamaño decreciente en una "placa de estirado" de hierro colado o de acero forjado. En las instalaciones modernas, grandes longitudes son estiradas continuamente a través de una serie de dados usando un número de poleas mecánicamente guiadas, que pueden producir muy grandes cantidades de alambre, de grandes longitudes a alta velocidad, usando muy poca fuerza humana. Usando la forma de orificio apropiada, es posible estirar una variedad de formas tales como óvalos, cuadrados, hexágonos, etc., mediante este proceso.

PROCESO DE CIZALLADO

El proceso de cizallado es una operación de corte de láminas que consiste en

disminuir la lámina a un menor tamaño. Para hacerlo el metal es sometido a

dos bordes cortantes.

Donde V es la velocidad y F   es la fuerza de la cuchilla

CONCLUSION:

La deformación es únicamente uno de los diversos procesos que pueden usarse para

obtener formas intermedias o finales en el metal.

El estudio de la plasticidad está comprometido con la relación entre el flujo del metal y el

esfuerzo aplicado. Si ésta puede determinarse, entonces las formas más requeridas

pueden realizarse por la aplicación de fuerzas calculadas en direcciones específicas y a

velocidades controladas.

Las máquinas, aparatos, herramientas y diversos artículos mecánicos están formados por

muchas piezas unidas, tales como: pernos, armazones, ruedas, engranajes, tornillos, etc.

Todas estas piezas obtienen su forma mediante diferentes procesos mecánicos (Procesos

de conformado), fundición, forja, estirado, laminado, corte de barras y planchas, y por

sobre todo mediante arranque de virutas.

Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de

manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las

piezas metálicas.

Bibliografíahttp://es.slideshare.net/Amalec_All/procesos-de-formado

http://sifunpro.tripod.com/formado.htm

http://es.thefreedictionary.com/forja

http://es.slideshare.net/guestb68604/forja

http://iq.ua.es/TPO/Tema4.pdf