Transcript Conformado de Metales 1A

TECNOLOGÍA DE MATERIALES
TEMA 7
Conformado por deformación plástica
Conformado por deformación plástica
ÍNDICE
7.1 Introducción
7.2 Procesos de conformado específicos
7.3 Efectos metalúrgicos del conformado
7.4 Conformado de chapa
Conformado por deformación plástica
TECNOLOGÍA DE MATERIALES
7.1 Introducción
Conformado por deformación plástica: MEJORES
procesos a la hora de dar forma a materiales metálicos que
deban asegurar un comportamiento mecánico excelente
Polímeros
Tema 8
Cerámicos
Demasiado frágiles
Conformado por deformación plástica
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7.1 Introducción
CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
Da forma a la
pieza
+
Controla el proceso para asegurar
propiedades mecánicas requeridas
Procesos de deformación en frío: propiedades dependientes del grado
de deformación
Procesos de deformación en caliente: la microestructura y las
propiedades finales dependen están estrechamente ligadas al buen
control de las temperaturas, tiempos y deformaciones aplicadas.
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Conformado por deformación plástica
7.1 Introducción
Conformado en caliente:
T > 0,6Tf (K)
Conformado en frío:
T< 0,35 Tf (K)
(por encima de la temperatura de
recristalización del material)
(por debajo de la temperatura de
recristalización del material)
CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
Procesos primarios
Procesos secundarios
-Laminación
-Forja
-Extrusión
-Estampación
Productos intermedios
-chapas, barras, tubos
Piezas más complejas
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Conformado por deformación plástica
Conformado en
caliente
7.1 Introducción
Al calentar una
aleación metálica
↓σys
↑ ductilidad
se
requieren
menores
presiones de conformado y
además es posible obtener
piezas más complejas.
endurecimiento por
deformación
Durante el
conformado
en caliente
simultáneamente
ablandamiento por
recristalización
No endurece ni ablanda
durante la operación
Figura 7.1 a) Evolución de la tensión con la
deformación en caliente
Conformado por deformación plástica
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7.1 Introducción
Conformado en
caliente
Figura 7.1 b) Efecto de la velocidad de deformación y la
temperatura en la tensión de conformado
La tensión necesaria para deformar plásticamente un material en caliente depende
en gran medida de la velocidad de deformación:
a mayor velocidad de deformación  mayor tensión se debe aplicar
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7.1 Introducción
Conformado en frío
(por debajo de la temperatura de recristalización)
El metal se endurece en el
curso de la deformación
Recocidos de recristalización
σ = K· εn
n: coeficiente de
endurecimiento
por deformación
(0.1-0.5)
La velocidad
de
deformación
apenas influye
en la
deformación
en frío
Conformado por deformación plástica
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7.1 Introducción
Los procesos de conformado en frío son más baratos, proporcionan
unas tolerancias más estrechas y permiten obtener productos con
una amplia gama de características mecánicas.
Conformado por deformación plástica
7.2 Procesos de conformado específicos
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Conformado por deformación plástica
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7.2 Procesos de conformado específicos
Forja
De matriz abierta
(open-die)
-formas simples
-malas tolerancias
-series pequeñas de piezas
normalmente grandes
(forging)
De matriz cerrada
(closed-die)
-formas complejas
-mejores tolerancias
-grandes series piezas pequeñas
Deformación: ε = Ln (h0-hf)
Mayor
fuerza
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7.2 Procesos de conformado específicos
Recalcado: operación de forja de una pieza cilíndrica con el fin de
aumentar su diámetro y disminuir su longitud
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7.2 Procesos de conformado específicos
Fusión
Metalurgia de
polvos
Deformación
plástica
Mecanizado
Tabla 7.1 Tolerancias dimensionales y rugosidades de los procesos de conformado
Conformado por deformación plástica
7.2 Procesos de conformado específicos
Laminación
Productos largos de sección constante:
chapas, tubos, barras, perfiles…
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7.2 Procesos de conformado específicos
Laminación
Deformación en la laminación
t: espesor de la chapa
ε = Ln (t0/t f)
Grado de reducción
r =(t0- tf)/t0
Relación longitud-espesor
Vl= cte  l0· w0 · t0 = lf· wf ·tf  l0 · t0 = lf· tf
w0 = wf
Relación entre velocidades de la chapa a la entrada y salida de los cilindros
(Q = S x v)  v0· w0 ·t0 = vf· wf ·tf
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7.2 Procesos de conformado específicos
Laminación
Figura 7.10 Laminación de un perfil hueco cerrado
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7.2 Procesos de conformado específicos
Laminación
Figura 7.11 Laminación de anillos
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7.2 Procesos de conformado específicos
Laminación
Figura 7.12 Laminación roscas
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7.2 Procesos de conformado específicos
Laminación
Figura 7.13 Laminación de tubos de pared gruesa
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7.2 Procesos de conformado específicos
Extrusión
Menor fuerza
Figura 7.14 Extrusión directa
Figura 7.15 Extrusión inversa
Largas piezas de sección constante: barras, perfiles, tubos...
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7.2 Procesos de conformado específicos
Estirado o Trefilado
(proceso de extrusión para obtener hilos)
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
Destruyen la segregación y el producto se
homogeniza
Conformado
en caliente
Desaparece la porosidad asociada al
rechupe y a los desprendimientos
gaseosos por soldadura durante el
aplastamiento
Se refinan los grandes granos columnares
típicos de los productos moldeados
Todos estos efectos se traducen en una sustancial mejora de las
propiedades mecánicas de los productos obtenidos por deformación
plástica en relación a los obtenidos por moldeo
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
Desventajas del conformado en caliente:
 Oxidación
 Descarburación en el caso de los aceros
 Peores tolerancias dimensionales que los conformados en frío
(debido a la contracción del enfriamiento final)
 Microestructuras menos homogéneas
temperatura uniforme en toda la pieza)
(dificultad de obtener una
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
CONFORMADO
EN FRÍO
Aumento del límite elástico
Disminuye la ductilidad
Si la deformación
supera un
determinado
nivel, el material
se rompe
RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN
Aumenta el coste de estos procesos, pero ofrece una versatilidad
mayor que los procesos realizados en caliente, ya que ajustando el
ciclo de deformación-recristalización se pueden conseguir productos
finales con características mecánicas bien diferentes
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
FIBRADO MECÁNICO: defecto característico
de
los
procesos
de
deformación plástica que ocurre como consecuencia del alargamiento de las
inclusiones u otras segundas fases
en las direcciones principales de
conformado  anisoropía en las propiedades mecánicas del producto final.
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
Estructura típica de los procesos de fabricación en caliente
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7.3 Efectos metalúrgicos de conformado
Tratamientos termomecánicos:
laminación y forja
Dan forma al material
Y
Se controla todo el proceso de
conformado con el fin de conseguir
mejorar sus propiedades mecánicas
finales a partir de una microestructura
estructura idónea (grano muy fino)
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7.4 Conformado de chapa
Corte
Doblado
Embutición
Estampación
Operaciones en frío
Minimizar
pérdidas de
material
Formas sencillas
de la matriz
Punzonado
Taladro
Conformado por deformación plástica
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7.4 Conformado de chapa
Corte
Doblado
Embutición
Estampación
Operaciones en frío
Operación más sencilla de conformado de chapa
La conformabilidad de una chapa en
operaciones de doblado se especifica en
términos del menor radio que se puede
conseguir sin que se rompa la chapa
(generalmente se expresa en multiplos de
su espesor (2t, 4t…)
La mayor conformabilidad se obtiene siempre cuando se dobla la
chapa en su direccion transversal (línea de doblado perpendicular
a la direccción de la laminación de la chapa)
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7.4 Conformado de chapa
Corte
Doblado
Embutición
Estampación
Operaciones en frío
Piezas tridimensionales
(carrocería de vehículos de transporte,
cascasas de electrodomésticos…)
Matrices y punzones de formas
adecuadas
Embutición por expansión
Embutición por compresión
Embuticiones mixtas
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7.4 Conformado de chapa
Embutición
Por compresión
Por expansión
-Ductilidad
-Coeficiente de
endurecimiento por
deformación ‘n’
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7.4 Conformado de chapa
La capacidad de un material para ser embutido viene dada por el
coeficiente límite de embutición del material LDR (Limt Drawing
Ratio). (Depende de acuerdo RP y Rd y de la lubricación utilizada)
LDR = (D0)max / Dp
Rp
Rd
;
LDR max ~ 2
REEMBUTICIÓN
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7.4 Conformado de chapa
Mejorar la embutibilidad  controlar la textura (orientación cristalográfica
preferente de sus granos individuales)  determinación del coeficiente de
anisotropía ‘r’ (mediante un ensayo de tracción)
r = ε2/ ε3 = ε2 / -(ε1+ ε2)
r = (r0º + 2r45º + r90º)
Interesan r altos, a ser
posible mayores que 2
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7.4 Conformado de chapa
Curvas límite de embutición:
representación de las deformaciones máximas a
estricción o a rotura que admite la chapa en sus dos direcciones principales
Emburición
por expansión
Emburición
por
compresión