Clasificación de Los Procesos de Conformado [PDF]

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1. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CONFORMADO Doblado Cizallado Operaciones formadas o perforadas

Corte Troquelado Embutido

Procesos de Conformado Laminado Operaciones de deformación volumétrica

Forjado Extrusión

2. PROCESO DE DOBLADO 3. PROCESO DE CORTE 4. PROCESOS DE EMBUTIDO El embutido es una operación de formado de láminas metálicas que se usa para hacer piezas de forma de copa y otras formas huecas más complejas. Se realiza colocando una lámina de metal sobre la cavidad de un dado y empujando el metal hacia la cavidad de éste con un punzón. La forma debe aplanarse contra el dado por un sujetador de formas. Las piezas comunes que se hacen por embutido son latas de bebidas, casquillos de municiones, lavabos, utensilios de cocina y partes para carrocería de automóviles. El número de etapas de embutición depende de la relación que exista entre la magnitud del disco y de las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición, del material y del espesor de la chapa. Es decir, cuanto más complicadas las formas y más profundidad sea necesaria, tanto más etapas serán incluidas en dicho proceso.

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4.1.

Mecánica del embutido

El embutido de partes en forma de copa es la operación básica del embutido. Con las dimensiones y los parámetros que se muestran en la figura 3.70 examinaremos la operación y la mecánica del embutido. Se embute un disco de diámetro Db dentro de un dado por medio de un punzón de diámetro Dp. El punzón y el dado deben tener un radio en las esquinas determinado por Rp y Rd. Si el punzón y el dado tienen esquinas agudas (Rp y Rd = 0), se realizará una operación de perforado de un agujero en lugar de una operación de embutido. Los lados del punzón y del dado están separados por un claro c. Este claro es aproximadamente 10% mayor que el espesor del material en embutido:

4.2.

Defectos en el embutido El embutido es una operación más compleja que el corte o el doblado de lámina, por tanto hay más cosas que pueden fallar. Pueden presentarse

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Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado numerosos defectos en un producto embutido, anteriormente nos referimos a algunos de ellos. La siguiente es una lista de los defectos que se muestran:

a) Arrugamiento en la brida o pestaña. El arrugamiento en una parte embutida consiste en una serie de pliegues que se forman radialmente en la brida no embutida de la parte de trabajo, debido al arrugamiento por compresión. b) Arrugamiento en la pared. Si la brida arrugada se embute en el cilindro, estos pliegues aparecen en la pared vertical del cilindro. c) Desgarrado Este defecto consiste en una grieta que se abre en la pared vertical, usualmente cerca de la base de la copa embutida, debido a altos esfuerzos a la tensión que causan adelgazamiento y rotura del metal en esta región. Este tipo de falla puede también ocurrir cuando el metal se estira sobre una esquina afilada del punzón. d) Orejeado Ésta es la formación de irregularidades (llamadas orejas) en el borde superior de la pieza embutida, causada por anisotropía en la lámina de metal. Si el material es perfectamente isotrópico no se forman las orejas. e) Rayado superficial. Pueden ocurrir ralladuras en la superficie de la pieza embutida si el punzón y el dado no son lisos o si la lubricación es insuficiente. 5. PROCESO DE TROQUELADO Troquelado es un proceso mecánico de producción industrial que se utiliza para trabajar en frío lámina metálica y fabricar completa o parcialmente piezas por medio de una herramienta (troquel), conformada por un punzón y una matriz, también llamados ‘macho’ y ‘hembra’, respectivamente. Mediante una prensa, el troquel ejerce presión sobre el material, supera su límite elástico y actúa como fuerza para transformarlo, bien sea para cortar, doblar o conformar una forma previamente definida. En raras ocasiones, cuando el espesor de la lámina es muy grande, por ejemplo dos pulgadas, y no se pueden obtener las piezas por fundición u otro proceso, el material debe calentarse previamente. La base superior del troquel, dónde está el punzón, se coloca firmemente en el ariete (martillo o carnero) de la prensa, mientras que en la mesa de trabajo se sujeta la base inferior, con la placa matriz, en medio de ambas se ubica el material; el punzón penetra la matriz cuando baja impulsado por la potencia que le proporciona la prensa y con un golpe seco y contundente sobre la chapa se produce el corte, la

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Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado deformación o la transformación de la lámina, en ambas caras en el mismo lapso de tiempo, para la obtención de una pieza. El más común es el troquelado de corte, utilizado para arrancar parte del material de la lámina mediante cizalladura con el ‘macho’ y la matriz; por su parte, en el punzonado, el troquel, por impacto, abre agujeros en la lámina, mientras que en el proceso de doblado la herramienta, al aplicar fuerza sobre la pieza, la flexiona y efectúa pliegues simples o compuestos en el material. El troquelado de embutición se emplea para crear formas cóncavas, el objetivo es conseguir, mediante la presión ejercida por la prensa, que el troquel deforme plásticamente la lámina o chapa de acuerdo con la forma de la matriz (molde) que se utilice. El proceso de embutido se utiliza ampliamente en la industria metalúrgica, para fabricar tapas, como las de las botellas de cerveza y gaseosa, o como las de tarros de pintura, también para hacer lavaplatos, ollas y otros productos en forma de recipientes. Por su parte, el troquelado de conformado agrupa un conjunto de procesos en los que el punzón y la matriz realizan formas especiales en la lámina, en éste se destacan: bordonear, hacer un doblado para crear un borde en forma de anillo sobre la boca de un recipiente, previamente embutido; arralar, doblar un extremo de la lámina en forma de rizo o anillo, se utiliza para bisagras o elemento giratorios; extrusionar, transformar el material al hacerlo pasar bajo presión por un agujero entre el punzón y la matriz; estampar, imprimir en la lámina por medio de la presión con el troquel, cualquier forma, de manera que queden resaltadas en su superficie; acuñar, sellar una pieza de metal con formas en relieve, el cual es utilizado en la producción de monedas.

5.1.

Componentes De igual forma, cada vez que crece su complejidad y desarrollo, los troqueles cuentan con una serie de elementos constructivos que cumplen con una 4

Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado misión específica dentro del conjunto general del trabajo para el cual han sido fabricados. Estos componentes, por sus características mecánicas deben estar cuidadosamente diseñados para lograr el objetivo de producir piezas sin ningún defecto. Obviando los troqueles simples, los cuales esencialmente también tienen algunos de los siguientes componentes, a continuación se describe las partes que de una u otra forma están presentes en casi todas las matrices progresivas, independientemente de su tamaño. Así mismo, se mencionan los distintos tipos de materiales con que se construyen. Base superior (parte móvil): tiene la misión de contener en su superficie todas las placas y elementos que sostienen los punzones del troquel, está anclada al martillo o ariete de la prensa, que la inmoviliza y fija durante todo el proceso de trabajo. Ésta conduce el movimiento de la máquina para que los punzones penetren la matriz y transformen la lámina. Algunos de los elementos que aloja la base superior son: placa porta punzones, punzones de cortar, doblar, embutir, estampar, etc…, sufridera superior, bujes guías, placa pisadora, resortes, entre otros Base inferior (parte fija): es el elemento sobre el cual van montados todos los componentes que hacen parte de la matriz, y a su vez, está sujeta fuertemente en la bancada de la prensa durante la fase de trabajo. Esta base y los elementos que lleva montados hacen las funciones de apoyo, puesto que ‘recibirán’ toda la fuerza de transformación que la prensa aplique sobre ella. En la base inferior también se pueden montar las columnas guía que sirven como referencia de centraje entre la parte superior e inferior. Algunos de los elementos que aloja la base inferior son: placa porta matrices o segmentos de cortar, doblar o embutir, reglas guías, sufridera inferior, topes de avances, columnas guía, pernos, etc. Sufrideras: la función básica de las placas superior e inferior de choque o sufrideras consiste en absorber sobre su superficie los sucesivos golpes de los elementos en el troquel. Estos impactos se producen cada vez que los punzones transforman la lámina con la matriz. Cuando el punzón impacta contra el material, la resistencia que opone éste es transmitida a la superficie de las sufrideras sobre las que se apoyan las placas porta matriz y porta punzones Reglas guías: las reglas guías de banda son uno de los componentes más característicos de las matrices progresivas. Se disponen con el fin de guiar longitudinal y transversalmente las tiras de lámina en su desplazamiento por el interior de la matriz. El tratamiento térmico más utilizado para ellas es el templado y revenido o nitrurado, que impide un desgaste prematuro de sus

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Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado paredes que pueda dificultar el buen deslizamiento de la banda por su interior. Porta punzones: la finalidad de la placa porta punzones es la de alojar y fijar en su interior todos los punzones que lleve la matriz. Estos punzones pueden ser de cualquier tipo o tamaño pero han de tener una sola característica en común: deben estar firmemente sujetos y guiados en el interior de dicha placa impidiendo que puedan moverse o desprenderse. Porta matriz: la placa porta matrices o cajera tiene por misión alojar y posicionar en su interior todos los elementos de pequeñas dimensiones que lleve la propia matriz, de esta manera dichos componentes quedarán ajustados en su interior. Placa pisadora: durante el movimiento descendente del troquel, la placa pisadora presiona la lámina dejándola inmovilizada antes de que los punzones lleguen a tocarla y mientras penetran el material y lo transforman. Una vez cortada la lámina, la función de la placa es mantener la pieza bien sujeta hasta que los punzones hayan salido de ella, de lo contrario, los punzones la arrastrarían hacia arriba sujeta a ellos, con el riesgo de rotura. Punzones: los punzones, también conocidos como ‘machos’, tienen por objeto realizar las máximas transformaciones en la lámina (cortar, doblar, embutir, acuñar, extrusionar, etc…), a fin de obtener piezas con una calidad acorde a las medidas requeridas, hay tantos tipos de éstos como variantes del troquelado. Sistema de guiado: el movimiento de las dos partes más importantes del troquel (bases superior e inferior) necesita ser guiado en todo momento para garantizar una total concentricidad entre ambas.

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6. PROCESO DE LAMINADO 7. PROCESO DE FORJADO El proceso de forjado fue el primero de los procesos del tipo de compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de compresión que exceden la resistencia de fluencia del metal. En este proceso de formado se comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada.

La mayoría de operaciones de forjado se realiza en caliente, dada la deformación demandada en el proceso y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal. Sin embargo, este proceso se puede realizar en frío, la ventaja es la mayor resistencia del componente, que resulta del endurecimiento por deformación. Para evitar la adherencia del metal en la matriz se recurre a una lubricación. Por último, se precalienta hasta unos 200ºC-300ºC. Existen varios tipos de forjados, teniendo en cuenta su comportamiento estructural aparecen dos tipos que son: los forjados unidireccionales y los bidireccionales. -

El primero es rígido únicamente en una dirección, es por ello que se debe de apoyar sobre elementos lineales ya sean vigas o muros de carga, ya sean se placas alveolares, de viguetas y de prelosas.

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El segundo tipo de forjado al contrario que las unidireccionales presenta rigidez en ambas direcciones, es por ello que estos se pueden apoyar sobre elementos puntuales, pilares, que no necesariamente tienen que estar dispuestos de forma ordenada, ya sea losas de hormigón y reticulares.

Al momento de seleccionar los materiales de forjado este dependerá del tipo de cargas que tendrá que soportar, además de la luz, de la vida estimada, el grado de exposición a ambientes agresivos, disponibilidad de los materiales, tiempo de ejecución, etc. Ahora bien, se utilizan varios tipos de forjados unidireccionales: -

Forjados de hormigón armado

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Forjado mixto de acero y hormigón

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Cubierta de chapa plegada

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Forjado de madera

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Los primeros están constituidos por vigas y viguetas de hormigón, armadas, bovedillas, y capa de comprensión de hormigón los cuales están ligeramente armado. Son los más usados ya que su material es barato y amplio de conseguir. Es el más pesado y el más rígido de todos. Los forjados mixtos están constituidos por viguetas y vigas de acero, capa de compresión de hormigón, bovedillas, que están ligeramente armados. Resiste cargas medianas, esta compuesto de una chapa de acero recubierta con una capa de compresión de hormigón. La cubierta de chapa plegada esta formada por chapa plegada de acero sobre viguetas y vigas metálicas. Resiste cargas medianas que se encuentran repartidas homogéneamente, se debe de proteger contra el fuego, el cloro y la oxidación. El forjado de madera se utiliza en viviendas unifamiliares y edificaciones singulares. Resiste el fuego moderado, es el material más ligero y es apto para luces y cargas pequeñas, se puede deformar más rápido que los de acero u hormigón. 7.1.

FORJADO EN CALIENTE MEDIANTE LA APLICACIÓNDE GRANDES PRESIONES

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Forja de herrero o con martillo: No se obtienen tolerancias cerradas, no formas complicadas

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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 10

Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado mecánico 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.

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Forja horizontal – No hay choque o vibración en la máquina – Igualmente en ambos lados – Menos tiempo de contacto entre el material y el dado – se requiere menos energía que con otros procesos de forja

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Forja con prensa: Emplean una acción lenta de compresión deformando el metal plástico, contrariamente al rápido impacto del golpe del martillo. Pueden ser operadas ya sea mecánica o hidráulicamente. Pueden ejercer una fuerza de 4 a 90 MN. Forja de más de 100 ton de peso pueden ser movidas fácilmente en estas prensas forjadoras y los productos de más alta calidad son manufacturados por esta técnica.

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Forja de laminado: La forja por laminado se usa en una amplia variedad de piezas, incluyendo ejes, barras para propulsores de avión, 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 físicas.

7.2. -

VENTAJAS Mejores características mecánicas, a igualdad de dimensiones, por la estructura de grano que conferimos al material. Menor peso, en consecuencia, menor coste, a igualdad de resistencia. Mayor resistencia a fatiga. Menor sobredimensionado para mecanizar, y consecuentemente menos material para eliminar con los útiles para llegar a la forma definitiva de la pieza.

8. PROCESO DE EXTRUCCIÓN La 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 12

Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado 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.1 La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío. Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.

4.1 Tipos de extrusión Extrusión directa.- En la extrusión directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que será comprimido por un pistón. Al ser comprimido, el material se forzará a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometría del dado.

Extrusión indirecta.- La extrusión indirecta o inversa consiste en un dado impresor que está montado directamente sobre el émbolo. La presión 13

Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado ejercida por el émbolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca en el fondo del dado contenedor.

Tipos de máquinas extrusoras Para que sea realizado el proceso de extrusión, es necesario aplicar presión al material fundido, forzándolo a pasar de modo uniforme y constante a través de la matriz. Atendiendo a estos requisitos, las máquinas extrusoras se clasifican en: extrusoras de dislocamiento positivo y extrusoras de fricción. -

Extrusoras de dislocamiento positivo Se obtiene la acción de transporte mediante el dislocamiento de un elemento de la propia extrusora. En la matriz la reología del polímero tiene mayor influencia sobre el proceso.

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Extrusora de pistón (inyectora) Un pistón, cuyo accionamiento puede ser hidráulico o mecánico, fuerza al material a pasar a través de la matriz. Es utilizada para la extrusión de polímeros termofixos, politetrafluoretileno, Polietileno de Alta Densidad de Ultra Alto Peso Molecular (PEAD - UAPM), metales y materiales cerámicos.

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Extrusoras de fricción La acción del transporte, conseguida aprovechándose las características físicas del polímero y la fricción de éste con las paredes metálicas transportadoras de la máquina, donde ocurre la transformación de energía mecánica en calor que ayuda a la fusión del polímero. La reología del polímero tiene influencia sobre todo el proceso. Los tipos son: extrusora de cilindros y extrusora de rosca.

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Extrusora de cilindros Consiste, básicamente, en dos cilindros próximamente dispuestos. El material a ser procesado pasa entre estos cilindros y es forzado a pasar por una matriz. Este proceso es utilizado para algunos elastómeros y 14

Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado termoplásticos. La figura 2 representa una esquematización de este tipo de extrusora. -

Extrusora de rosca Las extrusoras de rosca pueden estar constituidas por una, dos o más roscas. Son las más utilizadas para la extrusión de termoplásticos, comparadas con todos los demás tipos de extrusoras.

9. PROCESO DE CIZALLADO El cizallado es la separación sin arranque de viruta de láminas y perfiles. Los cortes se pueden elaborar en forma lineal o curva en cualquier longitud. Este proceso de corte de lámina o placas, produce cortes limpios, es decir, sin virutas o calor o reacciones químicas del metal, pudiéndose hacer cortes rápidos y con bastante precisión pero siempre en forma recta; longitudinal, transversal o diagonal a la placa. El cizallado es él término empleado cuando se trata de cortes en línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se efectúan con punzocortado y perforación. El cizallado suele ser en frío en especial con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los metales. El cizallado llamado también guillotinado en ciertas actividades se hacen en frío en la mayoría de los materiales. En general es para cortes rectos a lo ancho o a lo largo del material, perpendicular o en ángulo. La acción básica del corte incluye bajar la cuchilla hasta la mesa de la máquina, para producir la fractura o rotura controladas durante el corte. La mayoría de las cuchillas tienen un pequeño ángulo de salida. Para ciertas operaciones específicas como punzonado o perforado, no hay esos ángulos de alivio. El cizallado o guillotinado puede emplearse con una gran variedad de materiales para cortar papel o refinar libros y en la cizalla escuadradora para lámina. En el cizallado encontramos unas variantes muy interesantes y de gran ayuda para el ingeniero diseñador o fabricante.

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Cizallas de escuadrar Esta máquina se usa exclusivamente para cizallar láminas de acero y se fabrica tanto `para operación manual como la operada con motor. Se puede colocar lámina con un ancho mayor de 3m. Están provistas de pisadores hidráulicos cada 300mm para prevenir cualquier movimiento de la lámina durante el corte. En la operación, la lámina avanza sobre la bancada de manera que la línea de corte se encuentre bajo la cuchilla. Cuando se acciona el pedal, los pisadores descienden y las cuchillas cortan progresivamente a lo largo de la lámina.

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Universidad Nacional de San Agustín Ingeniería de Materiales - Clasificación de Procesos de Conformado BIBLIOGRAFÍA http://www.ingenieriaindustrialonline.com/herramientas-para-el-ingenieroindustrial/procesos-industriales/procesos-de-conformado/ http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-333.pdf http://www.metalactual.com/revista/12/procesostroquelado.pdf http://www.arqhys.com/construccion/forjado.html https://es.wikipedia.org/wiki/Extrusi%C3%B3n http://html.rincondelvago.com/extrusion.html https://es.wikipedia.org/wiki/Cizallado https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-fabricacion/3-2formado-mecanico-forjado-prensado-estirado-cizallado-doblado-extrusionembutido-y-troquelado/

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