Deformacion Plastica en Los Metales

DEFORMACION PLASTICA EN LOS METALES ¿QUE ES DEFORMACION? Es la deformación que ocurre en un material cuando se tensa más allá de su límite elástico y el material queda con una deformación permanente cuando deja de actuar la carga. Si la deformación se hace a temperaturas normales, se dice que es una deformación en frio. La posibilidad que un material sufra deformación plástica, es probablemente su característica más relevante en comparación con otros materiales. Todas las operaciones de conformado de metales como troquelado, prensado, laminado, laminado, forjado, etc., se relacionan con la deformación plástica de los metales.

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Elaboración de piezas Se puede realizar a temperatura ambiente (deformación en frío) o elevando la temperatura del material (deformación en caliente). Se aplica principalmente a los metales, aunque también se emplea en la obtención de piezas de plástico (termo conformado).  Algunos metales (Au, Cu, Ag) se deforman bien en frío, pero otros (materiales férreos) son difíciles de deformar en frío. En muchas ocasiones se elige la deformación en frío, siempre que el material y la pieza lo aguanten, pues se obtienen unas propiedades mecánicas superiores y un mejor acabado de la pieza. Además se ahorra energía al no tener que calentar el material y las herramientas a emplear no tienen que soportar grandes temperaturas. Por el contrario, las máquinas empleadas en la deformación en frío han de ser más potentes.  Deformación En caliente - Colada continúa - Laminación - Forjado

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Dentro de la forja se encuentran los procesos siguientes -

Extrusión Estirado Recalcado Estampado

En frío 

Embutición Laminación Forja Estampación Extrusión Doblado y curvado Trefilado y estirado

Colada Continua Consiste en llenar un recipiente (cuba) con metal fundido procedente de un horno emplea do para obtener  acero. El metal cae de la cuba y se introduce en un molde refrigerado sin fondo donde se solidifica y se obtiene así una tira continua de sección semejante a la del molde Esta tira cae en vertical y al apoyarse sobre unos cilindros, a medida que avanza, se va colocando horizontal hasta ser cortada mediante sopletes, que se mueven a la misma velocidad que la plancha.

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Laminación Es un procedimiento que consiste en modificar una masa metálica haciéndola pasar entre rodillos superpuestos, que giran en sentido opuesto. Se efectúa normalmente en caliente; sin embargo, existe la laminación en frío. En la laminación en frío los metales adquieren acritud al deformarse, por lo que se someten a un tratamiento de recocido al final de la operación, e incluso en una etapa intermedia. Tren de laminación: es una agrupación de varios laminadores o cajas relacionadas entre sí, de modo que el material a laminar pasa sucesivamente por cada una, hasta completar el ciclo de elaboración. Un laminador elemental estaría constituido por las siguientes partes: dos o más cilindros, normalmente horizontales; un bastidor que soporta los asientos de los cilindros; y un sistema de ajuste de los cilindros formado por  espárragos roscados, llamados tornillos de presión. Todo el conjunto recibe el nombre de caja de laminación.

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Forjado La forja es un procedimiento de conformación por deformación que se realiza sometiendo al metal a esfuerzos violentos de compresión repetidos, una vez calentado a temperaturas superiores a la de recristalización pero inferiores a las de f usión.  A estas temperaturas no sólo puede darse a los metales grandes deformaciones con pequeños esfuerzos; sino que la magnitud de la deformación es prácticamente ilimitada, sin que se produzca nunca acritud. También se puede realizar un forjado en frío cuando se producen pequeñas piezas por martilleo (tornillos, varillas, arandelas, etc.) o cuando se quieren mejorar las propiedades mecánicas de los metales. En el forjado en frío las máquinas empleadas son prensas de mayor potencia que las empleadas en el forjado en caliente

La forja puede ser: Forja libre esta no impone ninguna forma específica a la herramienta. Forja con estampa (estampación) esta requiere la construcción de una estampa que reproduce la forma y dimensiones de la pieza a forjar. 

Extrusión Es la operación en la cual una masa de material dúctil fluye a través de un orificio por medio de un impacto o una fuerte compresión, ocasionada por un émbolo o punzón, para formar una pieza de sección constante, hueca o no, y cuya longitud depende básicamente de la aportación de material efectuada. La norma cubana NC 09-01 divide los procesos de extrusión en cuatro tipos de acuerdo con la dirección en que fluye el material con respecto a la dirección de aplicación de la fuerza.

Estos cuatro tipos son los llamados Extrusión simple en esta el material fluye en la misma dirección en que actúa el punzón. Extrusión revertida el material fluye en sentido inverso en la dirección en que actúa el punzón. Extrusión combinada se produce una combinación de los dos sentidos de flujo. Extrusión lateral el flujo del material tiene lugar a través de orificios laterales de la matriz Por este procedimiento se obtienen perfiles o tubos de secciones perfectamente uniformes y excelente acabado. La extrusión puede hacerse en caliente o en frío. 

TRATAMIENTOS TERMICOS Recocido del hierro

Acero: A veces se perjudica y hasta se estropea por completo el acero, al recocerlo exageradamente; el acero calentado a temperatura demasiado elevada puede contraerse malamente al templarse, además de reducir su duración de modo considerable. El acero nunca debe calentarse más del rojo cereza pálido, siendo ese color más bajo que el necesario para el temple. Debe además calentarse lentamente y de modo que toda su superficie y su interior queden calentados con uniformidad. Cuando se trata de objetos pequeños de acero, se calientan al rojo cereza en fuego de carbón, después se entierran en aserrín contenido en una caja de hierro, y se cubre el aserrín con ceniza. En esta caja se tiene el acero hasta que se enfrié. Se calienta primero el acero al rojo, se deja enfriar hasta que este casi negro, y se introduce entonces en agua de jabón. El acero puede recocerse de este modo y queda mucho más suave que cuando se enfría en cenizas. Se calienta en acero al rojo, se pone en sitio oscuro, enfriándolo al aire hasta que no se vea el rojo en la oscuridad, y por último se enfría en agua caliente

Recocido del cobre

El Cobre: Se endurece casi siempre en muflas, donde se eleva a la temperatura conveniente y luego se deja enfriar. Hay que procurar que el cobre no se caliente demasiado tiempo, ni a temperatura superior a la debida, porque se quema, quedando de color amarillo con estructura granular gruesa o extraordinariamente frágil, más aun al rojo que frío.

ALGUNOS PROCESOS MÁS UTILIZADOS SON: 

Proceso de Acuñado de Metales. La operación llamada acuñado equivale en cierta forma a la forja a presión pero se realiza en fría debido a la resistencia mucho más alta a la ductilidad reducida a bajo de la temperatura de recristalizacion. Se usa algunas veces para la operación de comprimir el metal, ya sea en caliente o frio. El acuñado es una aplicación especial de los procesos de forja que se caracteriza por la inexistencia de rebaba y por la impresión de detalles muy finos en el componente final. Son componentes muy rápidos y con una capacidad de producción muy elevada.

Utilidades -

Uso para producir monedas, medallones y joyería. Puede utilizarse para mejorar el acabado en los metales. Puede formas materiales con dureza o alta tenacidad. Incrementa las propiedades del metal.

¿Cuándo se usa? -

Detalle fino en la superficie. Comprimir el metal ya sea en caliente o en frio. Dimensiones más exactas. Mejor acabado respecto a fundición o forjado.

Especificaciones Tecnicas 

Operación relativamente severa que modifica el grosor del metal. Se crean superficies elevadas e impresiones en el metal. Se puede usar para mejorar el acabado. No se desperdicia material. Precision dimensional. Tiempo de fabricacion corto y costos reducidos.

Proceso de Estampacion en Caliente.

La estampacion en caliente es un proceso innovador a traves del cual se moldea acero ultra resistente en formas complejas, de una forma mas eficiente que con la estampacion convencional en frio. El proceso implica el calentamiento del acero hasta que se vuelava maleable, seguido del conformado rapido enfriamiento en troqueles especialmente diseñado para ellos, crando durante este proceso un material transformado y endurecido. Gracias a esta caapacidad de cambiar eficasmente resistencia y complejidad, la estampacion en caliente consigue piezas ligeras que de ser productivas con estampacion en frio exigirian soldar piezas mas gruesas y pesadas conllevando mayor tiempo de fabricacion empleando varios provesos.

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Proceso de Embutision La embutición es un proceso  tecnológico de plástico que consiste en la obtención de piezas huecas con forma de recipiente a partir de  chapas metálicas. Este proceso permite obtener piezas de formas muy diversas y es una técnica de gran aplicación en todos los campos de la  industria.

En la embutición de una pieza se parte de una porción de  chapa que descansa sobre la matriz, mientras el pisador la mantiene sobre esta y el  punzón ejerce la presión necesaria para conformar la pieza provocando la  fluencia del material a través de la cavidad abierta en la matriz. La pieza va a conformarse en función de la forma de la abertura de la matriz y la forma del punzón, mientras que el pisador va a evitar el pandeo del material al tratarse de formas generalmente no desarrollables.

Fases del Proceso: El flujo de material en piezas con forma irregular es muy complejo, por este m otivo se expone el caso más sencillo: el embutido del vaso o embutido cilíndrico. La chapa inicial para embutir un vaso cilíndrico es de geometría circular y durante el proceso de embutido esta silueta circular fluye hacia el centro de la matriz a medida que el punzón desciende y obliga al material a pasar por la abertura de dicha matriz. Durante este proceso las diferentes zonas de la chapa o pieza se van a ver sometidas a diversos esfuerzos y tensiones.

El proceso sigue las siguientes fases:

 A) Se coloca una silueta circular con espesor to y diámetro D sobre la superficie de la matriz que tiene una abertura con el diámetro d2. Normalmente, en la  arista de la abertura de la matriz está aplicado un radio. B) El pisador pisa la chapa y se inserta el punzón con el diámetro d1 en la dirección del eje. El extremo del punzón tiene el radio rp. Este mismo radio queda como el radio del fondo del vaso embutido. C) Conforme el punzón se introduce en la matriz, se embute la parte central de la silueta progresivamente mientras el perímetro de la silueta se desliza sobre la superficie de la matriz y se traslada hacia el interior de la misma. D) Al encoger la circunferencia de la silueta se generan esfuerzos de  compresión en la dirección circunferencial de la chapa, los cuales pueden provocar el  pandeo y producir arrugas. Para evitar este fenómeno se sujeta la silueta con el pisador. E) En el momento de que se embute la chapa, se  comprime en la dirección circunferencial y se dobla recibiendo la  tensión en la dirección radial simultáneamente en la boca de la abertura de la matriz. De igual manera la parte que tiene contacto con la cabeza del punzón recibe la tensión, sobre todo las zonas de los radios de matriz y punzón son la que recibe la mayor  tensión del doblado. La zona cilindrica entre rd y rp, la cual corresponde a la pared lateral del recipiente se estira verticalmente. F) Así la silueta avanza gradualmente a través de la abertura de la matriz recibiendo diversas fuerzas y deformándose. Si el material resiste los esfuerzos que se generan durante este proceso, la pieza se conformará plásticamente y alcanzándo su forma final.

Esfuerzos Generados Durante el Proceso: Mientras el punzón aplica la presión en el fondo del vaso, la lámina entre el fondo y la pared del mismo se estira considerablemente. Durante el embutido de la  chapa, la silueta exterior de la misma disminuye en diámetro y la zona cercana a esta silueta tiende a incrementar su espesor como consecuencia de las fuerzas de compresión que se generan durante el proceso en esta zona (tendencia a aparecer arrugas por  pandeo, fenómeno que evita el pisador).

Calculo de la Silueta Inicial:

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Proceso de Trefilado Se entiende por trefilar  a la operación de conformación en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil. El objetivo principal del trefilado es obtener un producto final que tenga las caracterizas que estén ligadas entre sí, las cuales son: 1. 2. 3. 4. 5.

Propiedades mecánicas; resistencia a la tensión, torsiones, dobleces. Tratamiento térmico; patentado en plomo normalizado y recocido. Composición química. Dimensiones geométricas; diámetros y sus tolerancias. Acabado superficial; galvanizado, tropicalizado, fosfatizado.

COMPORTAMIENTO PLASTICO Y ELASTICO La mayoría de solidos de deforman al aplicarse una carga externa. Hasta cierta carga limitada, el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga esta carga se le conoce como limite elástico. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la carga es lo que caracteriza el comportamiento elástico. Si se sobre pasa el limite elástico, el cuerpo retiene cierta deformación permanente cuando deja de actuar la carga, entonces se dice que el material tuvo un comportamiento elástico.

VARIACIONES DE LAS PROPIEDADES DEL METAL POR EFECTOS DEL CONFORMADO DE UNA DEFORMACION PLASTCA Todas las propiedades de un metal que dependen de la estructura reticular se ven afectadas por la deformación plástica.  Aumentan: -

Resistencia a la tensión. Dureza. Reactividad química. Resistencia a la cedencia o fluencia.

Disminuye: -

Ductibilidad. Conductibilidad eléctrica. Resistencia a la corrosión.

ENSAYO DE TRACCION Este ensayo se utiliza para evaluar la resistencia de los metales y aleaciones. Consiste en que una probeta de metal, de forma adecuada y estandarizada, se somete a carga axial de tracción creciente hasta producirse la rotura.

DUCTIL Y FRAGIL Ductibilidad: Es la capacidad para fluir el material, es decir la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse.

Fragilidad: Se define como la negación de la ductibilidad, un material poco dúctil es frágil.

ENDURECIMIENTO POR DEFORMACION Este endurecimiento se produce por la interacción de dislocaciones entre sí, y con barreras que impiden su movimiento a través de las redes cristalinas.

RECOCIDO Es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada de la red trabaja en frio, retorna a un estado libre de tensiones por medio de la aplicación de calor. Este proceso se efectúa en estado sólido y generalmente le sigue un enfriamiento lento en el horno a una temperatura deseada.