PROCESOS DE MANUFACTURATERCERA UNIDAD CONFORMADO DE METALES POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA FUNDAMENTOS DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA Al final de la unidad, el alumno identificará los principios involucrados en la deformación plástica de los metales y su aplicación a la fabricación de componentes mediante los procesos de laminación, forja, extrusión, trefilado y trabajo en frío de la chapa metálica. Ing. ROLANDO PORTUGAL CONTENIDO Conformado de metales por deformación plástica. Trabajo ideal de deformación plástica. Influencia de la fricción y la deformación no homogénea. Trabajo real, eficiencia de conformado. Trabajo de los metales en frío y en caliente. Principales procesos de conformado: laminación, forja, extrusión, trefilado. Trabajo en frío de la chapa: principales operaciones y equipo empleado. OBJETIVOS DE LA UNIDAD • • • • • • Relacionar la estructura de los metales con sus propiedades mecánicas. Identificar los principios involucrados en la deformación plástica de los metales. Identificar los principales procesos de conformado de metales por deformación plástica: laminación, forja, extrusión, trefilado. Calcular los requerimientos de fuerza y energía para lograr una deformación plástica dada mediante alguno de los procesos mencionados. Identificar las características y aplicaciones del trabajo en frío de la chapa metálica. Identificar las prensas y equipo requerido para el trabajo de la chapa metálica. 19 Deformación volumétrica (masiva) en el trabajo de metales (pp.1 Relaciones esfuerzo-deformación (p. 2007) Secc. 3ª edición McGraw-Hill Interamericana. México.3. Lecturas (Groover. 3ª edición. 390 a 439) Cap. 39) Secc. Mikell P. 440 a 480) . 378 a 389) Cap. 55) Cap.3 Efecto de la temperatura en las propiedades (p. 20 Trabajo metálico de láminas (pp. procesos y sistemas. 3. 18 Fundamentos del formado de metales (pp. (2007) Fundamentos de manufactura moderna: materiales.BIBLIOGRAFÍA Texto: GROOVER. London. Cientifico-Medica. Madrid. Arnold. Addison-Wesley. Deformation processing. Massachusetts DIETER. ROWE Geoffrey (1986): Principles of industrial metalworking processes. New Yersey. Donald y REED.BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA BACKOFEN. Aguilar. Estampado en frío de la chapa. Prentice-Hall. Metalworking science and engineering. Walter (1972). Metalurgia mecánica. EARY. McGraw-Hill. MIELNICK. 2ª edición. Geoge (1967). Barcelona. . New York. ROSSI Mario (1971). Edward (1974): Techniques of pressworking sheet metal and engineering approach to the die design. edward (1991). ROLANDO PORTUGAL .PROCESOS DE MANUFACTURA TERCERA UNIDAD CONFORMADO DE METALES POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA FUNDAMENTOS Ing. • Identificar los principios involucrados en la deformación plástica de los metales. • Determinar las condiciones para iniciar y producir una deformación plástica. .OBJETIVOS • Relacionar la estructura de los metales con sus propiedades mecánicas. 39) •Secc. (2007) Fundamentos de Manufactura Moderna. 3ª edición .3 Efecto de la temperatura en las propiedades (p.LECTURAS Groover M.3. 55) •Cap.1 Relaciones esfuerzo-deformación (p. 378 a 389) . •Secc. 3. 18 Fundamentos del formado de metales (pp. Deformación plástica de los metales1 Como preparación para el análisis de la deformación volumétrica y de los procesos de trabajo de la chapa metálica. 3ª ed. McGraw-Hill. fricción y deformación no homogénea (1) SCHEY J. incluyendo: •Por qué el YS no es el esfuerzo de fluencia •Anomalías en la fluencia plástica •Las consecuencias del trabajo en frío y su recuperación •La explotación de los mecanismos de endurecimiento por deformación y de restauración para el control de la estructura y de las propiedades mecánicas •Los elementos de la mecánica de la deformación plástica : efectos del estado de esfuerzos. México 2000 . Procesos de manufactura. es conveniente repasar algunos fundamentos. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CONFORMADO DE METALES Procesos de deformación volumétrica o masiva: • Forjado • Laminación • Trefilado • Extrusión Procesos de trabajo en frío de chapa metálica: • Corte • Doblado • Embutido . RELACIONES ESFUERZO-DEFORMACIÓN Se determinan en forma práctica mediante ensayos mecánicos: Los principales son: • Tracción • Compresión • Corte puro (torsión) E = Módulo elástico o módulo de Young Máquina de tracción Curva de ensayo de tracción Curva convencional o de ingeniería . convencional o de ingeniería (ing o S) ing F A0 Deformación unitaria convencional o de ingeniería Otras relaciones: L L L0 e L0 L0 Límite de fluencia: YS o Sy S 0. 2 F0.CURVA CONVENCIONAL O DE INGENIERÍA: (ing – e) Esfuerzo nominal. 002 A0 Relación aproximada no aceptada por todos (Cuando la Ley de Hooke no es válida) . 2% Región plástica Región elástica Resistencia a la tensión (TS o Su) o resistencia última a la tensión (UTS) TS Fmáx A0 .2% o Resistencia a la fluencia al 0.Límite de fluencia al 0. CURVA ESFUERZO-DEFORMACIÓN REAL Para describir las grandes deformaciones que caracterizan a la deformación plástica es más conveniente emplear las siguientes definiciones: F Esfuerzo real: A Donde A es el área real de la sección transversal l Deformación unitaria natural. logarítmica o real: l0 dl l ln ln 1 e l l0 Durante la deformación plástica se conserva el volumen y puede entonces plantearse: A0 * L0 = A * L A partir de la condición anterior se pueden relacionar el esfuerzo real y la deformación real con el esfuerzo convencional y la deformación convencional a través de las siguientes expresiones: = ln (1+ e) (3.9) .8) = s (1 + e) (3. logarítmica o real: A0 l 0 = A l A0 1 e A P P A0 S . dt dt l0 dt l l l0 .Deducción de las relaciones: >>Deformación unitaria natural.(1 e) A A0 A l dl l ln ln 1 e l l0 lo >> Velocidad de deformación (unitaria) e de dl 1 v dt dt l0 l0 l d ln l0 d 1 dl 1 v . DEFORMACIÓN PLÁSTICA Proceso que produce una deformación permanente debida al deslizamiento de un plano de átomos sobre un plano adyacente (plano de deslizamiento = slip plane). El deslizamiento es debido a la acción de un esfuerzo de corte o cizallamiento (shear stress). Se inicia la deformación plástica cuando el máximo esfuerzo cortante que se presenta en el material alcanza un valor crítico k = esfuerzo de fluencia al corte Y = esfuerzo de fluencia (Yield point) Criterio de Tresca: Y = 2k Criterio de von Mises: Y = 3 k Criterio de fluencia de Tresca o de la máxima tensión cizallante Criterio de fluencia de von Mises o de la energía de deformación . puede aproximarse por la expresión =K n K = coeficiente de resistencia n = exponente de endurecimiento por deformación Y 0.05 Rígido-plástico con endurecimiento potencial .Relaciones - de materiales típicos Para muchos materiales la relación . Otras relaciones esfuerzo-deformación = Y (constante) Y Rígido-perfectamente plástico (sin endurecimiento por deformación) Se empleará para el caso de deformación en caliente . Otras relaciones esfuerzo-deformación Y = Y + K Rígido-plástico con endurecimiento lineal Efecto de la temperatura en el conformado de metales Tabla 18.1 (p.386) Categoría Rango de temperatura Coeficiente de fricción Trabajo en frío 0,3 Tm 0,1 Trabajo en tibio 0,3 Tm a 0,5 Tm 0,2 Trabajo en caliente 0,5 Tm a 0,75 Tm 0,4 - 0,5 Conformado isotérmico En el conformado isotérmico las herramientas se precalientan a la misma temperatura del material de trabajo, con el fin de evitar patrones de flujo irregular en las superficies de contacto que ocasionan la formación de esfuerzos residuales y el posible agrietamiento superficial de la pieza. El precalentamiento desgasta la herramienta y acorta su vida. en el trabajo en caliente el material se comporta como perfectamente plástico (exponente de endurecimiento por deformación n = 0). 1 dh v 1 s dt dt h0 h0 dt h h0 (18.Efecto de la velocidad de deformación Teóricamente. pero se presenta el efecto de sensibilidad a la velocidad de deformación: Velocidad de deformación (unitaria) : d dt Para el ensayo de tracción uniaxial o forja en dado abierto: h0 v h d d ln h 1h .3) . 18. .Efecto de la temperatura sobre el esfuerzo de fluenciavelocidad de deformación unitaria Y Temperatura ambiente 400°C 800°C 1200°C Y C Pendiente = m m Ecuación (18.6. Efecto de la temperatura sobre el esfuerzo de fluencia de un metal típico.1 1. La constante C en la ecuación (18.4) se obtiene interceptando cada gráfica con la línea vertical punteada para velocidad de deformación unitaria.4) 0.0 10 ln m Fig. 4) es bastante pronunciado.6. como se indica por las pendientes más grandes de las relaciones esfuerzo-velocidad de deformación. decrece el valor de C (consistente con su efecto sobre K en la ecuación de la curva de fluencia) y aumenta el valor de m.Efecto de la temperatura sobre el esfuerzo de fluenciavelocidad de deformación (unitaria) Y C m (18. Al incrementar la temperatura. la velocidad de deformación juega un papel más importante en la determinación del esfuerzo de fluencia. A temperatura ambiente el efecto de la velocidad de deformación es casi despreciable. A medida que aumenta la temperatura. El resultado general se puede ver en la figura 18. e indica que la curva de fluencia es una buena representación del comportamiento del material.4) El efecto de la temperatura sobre los parámetros de la ecuación (18. . 05 m 0. y coeficiente de fricción en trabajo de los metales en frío.3 Tm 0. velocidad de deformación.3 Tm – 0.2 0.75 Tm 0 m 0.1 0.1 Valores típicos de temperatura. Tabla 18.5 .1 m 0.1 se dan los valores típicos de m para los tres rangos de temperatura del trabajo de metales. Tibio y caliente Categoría Trabajo en frío Trabajo en tibio Trabajo en caliente Rango de temperatura Exponente de velocidad de deformación Coeficiente de fricción 0.1 0.Efecto de la temperatura sobre el esfuerzo de fluenciavelocidad de deformación (unitaria) Esto es importante en el trabajo en caliente porque la resistencia a la deformación del material aumenta dramáticamente con el incremento de la velocidad de deformación Para dar una idea del efecto.5 Tm 0.4 – 0. en la tabla 18.5 Tm – 0.4 0.05 0. • Se incrementan la fuerza y la potencia necesarias para la operación. El metal se deforma en lugar de que ocurra un deslizamiento entre las superficies.Efecto de la fricción en el conformado de metales • Retarda el flujo de metal durante el proceso. . Fricción adherente (Sticking friction) Ocurre cuando el esfuerzo de fricción entre las superficies excede el esfuerzo de fluencia al corte del material de trabajo. • Ocurre un rápido desgaste de las herramientas. ocasionando esfuerzos residuales y algunas veces defectos en el producto. • Se obtiene mejores tolerancias dimensionales con una mayor repetibilidad. (Decapado: limpieza previa). siempre que la pieza de trabajo presente superficies limpias y sin escamas. • Se produce un buen acabado superficial. • Los requerimientos de fuerza y energía son altos debido al endurecimiento por deformación (acritud). .Características del trabajo de los metales en frío • Se genera una distorsión en la estructura granular. • Se incrementa la dureza y resistencia mecánica con la consiguiente pérdida de ductilidad. • Se logra la mejora de algunas propiedades como la ductilidad y la resistencia al impacto. • Se puede lograr grandes cambios de forma y altos valores de reducción de sección. debido al refinamiento del grano.Características del trabajo de los metales en caliente • Se produce una rotura de los granos columnares gruesos característicos de la estructura de colada. obteniéndose granos equiaxiales. . • Las tolerancias de fabricación son relativamente amplias y las superficies obtenidas son rugosas. • Las impurezas e inclusiones se distribuyen más uniformemente en todo el material. • Se requiere menos fuerza y energía para el cambio de forma debido a la menor resistencia a la fluencia por efecto de la temperatura. Métodos de análisis Algunos de los métodos disponibles para el modelado de los procesos de conformado generalmente caen en alguna de las siguientes categorías: El método de bloque. basados en la teoría del límite. el cual permite grandes deformaciones y considera materiales elasto-plásticos y provee de la información necesaria para el diseño y control de procesos de formado. la teoría de campo de líneas de deslizamiento. Los métodos de límite superior e inferior. el cual considera deformación homogénea y restringe el cambio de esfuerzo a una sola dirección. El método de energía de deformación uniforme. . los cuales utilizan un campo de esfuerzos y velocidades razonables para el cálculo de los límites dentro de los cuales se encuentra la carga real de formado. el cual determina el esfuerzo de formado promedio por medio del trabajo por deformación plástica. la cual permite el cálculo del esfuerzo punto a punto. El método de elementos finitos. ud : ud Y d o El trabajo ideal de deformación será: W d = Ud · V Donde V es el volumen de material deformado .TRABAJO DE DEFORMACIÓN PLÁSTICA La energía ideal requerida por un proceso de deformación plástica puede hallarse a través del concepto de energía específica de deformación plástica. TRABAJO DE DEFORMACIÓN PLÁSTICA El trabajo total de deformación está dado por: WT = W d + W f + W r Donde: Wd = trabajo ideal de deformación plástica Wf = trabajo de fricción Wr = trabajo redundante (debido a la deformación no homogénea) . EFICIENCIA DE CONFORMADO Se define eficiencia de conformado a la relación: = Wd —— WT Generalmente se expresa en forma de porcentaje. Valores típicos de la eficiencia de conformado: Laminación plana Trefilado Extrusión de 75% a 95% de 50% a 75% de 30% a 60% . Tablas: Propiedades de manufactura de aceros y aleaciones de cobre (Condición recocida) . Schey.41 0.12 0.33 0. austenítico 600 620 950 1300 0. Propiedades de manufactura de aceros y aleaciones de cobre n 2 = K (N/mm ) K n Y (N/mm2) Aceros: 1008. barra 1045 302 SS.25 0. 1987 .13 0.18 0.46 70 100 120 150 220 310 380 340 Aleaciones ligeras: Aluminio 1100 Aluminio 5052 Aluminio 6061-0 Aluminio 6061-T6 140 210 220 450 0.03 35 90 55 275 90 190 125 310 Designación TS (N/mm2) Tomado de: John A.16 0. plancha 1015. New York.Tabla 1. McGraw-Hill. 2ª ed. (99.30 180 300 410 250 320 450 700 600 Aleaciones de cobre: Cobre..94%) Latón para cartuchos Metal muntz Bronce fosforoso 450 500 800 720 0.5 0.25 0. Introduction to manufacturing processes. 1 0.3 0. austenítico 410 SS. plancha 1015.08 0. (99.22 0.17 0.24 300 500 480 400 500 60 14 35 50 37 0.16 0.06 0.13 0.07 0. . barra 1045 302 SS.1 0.Tabla 2.1 0. Propiedades de manufactura de aceros y aleaciones de m cobre C ( N / mm 2 ) Designación Aceros 1008.1 0. (N/mm2) a ºC C m 1000 800 1000 1200 800 1000 1000 1000 100 150 120 50 180 120 170 140 0.08 600 600 800 600 800 130 100 48 38 20 0. martensítico Aleaciones de cobre Cobre.13 0.15 0.24 0.94%) Latón para cartuchos Metal muntz Aleaciones ligeras: Aluminio 1100 Aluminio 5052 Aluminio 6061-0 Esfuerzo de fluencia.17 . ROLANDO PORTUGAL . 19 Deformación volumétrica (masiva) en el trabajo de metales (pp. 390 a 439) Ing.PROCESOS DE MANUFACTURA TERCERA UNIDAD CONFORMADO DE METALES POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA Cap. Extrusión (Extrusion) 5. Otros procesos de conformado relativas al laminado.DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA 1. 4. Trefilado de alambres (Wire drawing) . Forja (Forging) 2. Laminado (Rolling) 3. Abierto .Sin rebaba .En frío • Dados .En caliente (usualmente) .Impresor o con rebaba . • Temperatura .Forjado • Proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados aplicando presión por impacto o en forma gradual. Equipo para Forja en dado abierto . Forja manual con yunque y martillo Prensa de estructura C Prensa hidráulica . Prensa de 50 000 ton . fed by conveyor and heating units at the right of the scene (photo courtesy of Chambersburg Engineering Company). .19 Drop forging hammer.Equipo para la práctica de la forja Figure 19. Equipo para la práctica de la forja (a) Martinete de vapor con doble marco. (b) Martinete de caída libre y (c) Prensa de forja hidráulica de 35 toneladas . 411) . 3ª edición (p.21 Terminología para dado-impresor convencional De Groover M. prensas y dados de forjado Clasificación de los Martinetes: a)Martinetes de caída libre b)Martinetes de potencia Tipos de Prensa para el forjado a)Prensas mecánicas b)Prensas hidráulicas c)Prensa de tornillo Figura 19.Martinetes. Tipos de transmisión de prensas para forja: (a) hidráulica. (b) excéntrica. (d) de tornillo y (e) martinete de caída libre . (c) junta de bisagra. . Forja con martinete . MoS2 .Asegure el proceso en caliente •Lubricantes .Grafito Objetivos de la lubricación •Reducir la fricción •Reducir el desgaste de la herramienta •Aislar térmicamente la parte (mantenerla tibia) .Etapas para el forjado •Para forja en caliente .Aceite .Calentamiento y limpieza de la cascarilla .Vidrio .Jabón . FORJADO Proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados o matrices. Puede realizarse en caliente o en frío Aplicación de la fuerza: - por impacto: martinetes - gradual: prensas de forjado De acuerdo a la forma en que los dados restringen el flujo de metal se distinguen: a) Forja abierta (en dado abierto) b) Forja en estampa (en dado impresor) c) Forja en matriz cerrada (sin rebaba) Análisis de la forja a) Forjado en dado abierto Recalcado de cilindros con simetría axial El caso típico es el forjado con simetría axial. La operación de reducir la altura de un cilindro aumentando su diámetro se conoce como recalcado (upsetting). Análisis del forjado en dado abierto Al reducir un cilindro de altura inicial ho a una altura h su diámetro inicial, Do aumentará a D La deformación unitaria se determina por: ho = ln ——— h por constancia de volumen Ao ho = A h (19.14) Fuerza ideal de forjado La fuerza de forjado varía a lo largo del proceso y su valor pude ser determinado por. F = Y A (19.15) donde: Y = esfuerzo de fluencia A = área de la sección Tanto el esfuerzo de fluencia como el área de la sección aumentan continuamente durante la operación, en consecuencia la fuerza alcanza su valor máximo al final de la carrera de forjado donde el esfuerzo de fluencia y el área alcanzan su valor máximo. 17) h = coeficiente de fricción entre el material y el dado .4.Consideración de la fricción Para tomar en cuenta el efecto de la fricción se puede emplear la expresión: F = Kf Y A (19. .16) Donde Kf es el factor multiplicador de la fuerza por efecto de la fricción. Para el caso de deformación con simetría axial su valor puede ser determinado por la relación: D K f 1 0. (19. Fuerza de forjado F h El área bajo la curva representa la energía requerida para el forjado . Este proceso se ilustra en la secuencia de tres pasos de la figura 19.b) Forjado con dado impresor El forjado en dado impresor. llamado también forjado en dado cerrado.15 Secuencia de forjado en dado impresor .15 Figura 19. se realiza con dados que tienen la forma inversa de la requerida para la pieza. Secuencia de fabricación de una biela por forja en dado impresor . 0 6.0 8. Utilicemos el concepto de factor de forma. las fuerzas en este proceso son más grades y difíciles de analizar.0 10. Kf. para la evaluación.Forjado con dado impresor Debido a la formación de la rebaba en el forjado en dado impresor y a las formas más complejas de la piezas.0 .18) Tabla 19.1 Valores típicos de Kf para varias formas Forma de la parte Forjado con dado impresor Formas simples con rebaba Formas complejas con rebaba Formas muy complejas con rebaba Forjado sin rebaba Acuñado (superficies superior e inferior Formas complejas Kf 6.0 8. F = Kf Y A (19. Forjado con dado impresor: corte de la rebaba (Flash) . 18) . el material de trabajo inicial queda contenido dentro de la cavidad del dado durante la compresión y no forma rebaba.c) Forjado sin rebaba En el forjado en dado cerrado o sin rebaba. Secuencia de fabricación de una pieza por forja en dado cerrado F = Kf Y A (19. OTRAS OPERACIONES DE FORJA EN DADO ABIERTO Recalcado y encabezamiento: Figura 19.21 Secuencia de operaciones de recalcado para formar la cabeza de un perno u otro artículo similar De Groover M. 3ª edición (p. 413) . (b) cabeza redonda formada por el punzón. y (e) perno de carro formado por el dado y el punzón .Aplicaciones del Forjado: Encabezado Ejemplos de formado de cabezas (recalcado): (a) cabeza de clavo usando dados abiertos. (c) y (d) cabezas formadas por el dado. Suajeado (swaging process) y forja radial Son procesos de forjado que se usan para reducir el diámetro de un tubo o barra sólida FIGURA 19.25 Proceso de estampado (suajeado) para reducir material en barra sólida; los dados giran al martillar el material de trabajo. En el forjado radial el material gira mientras los dados permanecen en posición fija martillando el material de trabajo. FIGURA 19.26 Ejemplos de partes hechas por estampado (a) reducción de material sólido, (b) ahusado de un tubo, (c) estampado para formar un canal en un tubo, (d) afilado de un tubo y (e) estampado del cuello en un cilindro de gas. FIGURA 19.27 Forjado con rodillos. Figura 19.28 Forjado orbital . 29 Punzonado: (1) antes de la deformación y (2) al completar el proceso .Figura 19. Esfuerzos de compresión mayores pueden ocasionar fractura periférica por la aparición de esfuerzos circunferenciales. así como esfuerzos axiales secundarios de tensión sobre la superficie libre (abarrilada) causando agrietamiento .Defectos en el forjado Defectos de forma •Pandeo del cilindro para relaciones h0/D0 < 2 cuando la fricción es elevada •En operaciones de formación de cabezas (cabeceado) sólo el extremo de la pieza de trabajo se recalca Fractura La fricción conduce al abarrilamiento de la parte hasta agotar su ductilidad. . c)El trabajo de deformación . y a la altura final de 35 mm. Sus dimensiones iniciales son 50 mm de diámetro y 75 mm de altura. El material de trabajo es un acero SAE1045. 50 mm.EJEMPLO Una pieza cilíndrica se recalca en frío en un dado abierto.10 . con curva de fluencia definida por K = 950 N/mm2 . En el recalcado se debe llegar hasta una altura de 35 mm. El coeficiente de fricción en la entrecara dado-material de trabajo es de 0. b)La fuerza aplicada cuando la altura se reduce a: 60 mm. n = 0. Para estas condiciones determine: a)La fuerza requerida para iniciar el proceso.12 y esfuerzo de fluencia inicial de 410 N/mm2. • Laminación plana El material no experimenta variación en el ancho • Laminación de perfiles Se emplean rodillos acanalados • Otras operaciones de laminación Laminación de anillos Laminación de roscas Perforación (para obtener tubos sin costura) .LAMINADO En la laminación el espesor del material de trabajo se reduce por la acción dos rodillos opuestos que giran para jalar el trabajo y comprimirlo entre ellos. . LAMINADO PLANA Esquema de la operación . (a) Ilustración esquemática del laminado plano (b) Fuerzas de fricción que actúan sobre la superficie de la plancha (c) Fuerza de laminación F . Análisis de la laminación plana Consideraremos el caso de una plancha de ancho w cuyo espesor se reduce de h0 a hf 1. Esto se conoce como ensanchamiento lateral (spreading).hf (19. Las velocidades a la entrada. Reducción de espesor (draft): h = d = h0 .1) Para bajas relaciones entre ancho y espesor y bajos coeficientes de fricción se puede presentar un ligero incremento en el ancho del material a la salida.4) . v0 y a la salida. vf están relacionadas por: h0 w0 v0 = hf wf vf (19. 5) . El deslizamiento entre los rodillos y el material de trabajo puede medirse por el deslizamiento delantero (forward slip). sf dado por: v f .vr sf = ———— vr (19. vr es mayor que la velocidad de entrada.La velocidad periférica del rodillo. El plano en que la velocidad de la plancha es igual a la velocidad del rodillo se conoce como plano neutro en la laminación. vf. v0 y menor que la velocidad de salida. 6) En la laminación en frío el material experimenta endurecimiento por deformación y para determinar la presión de laminación p debe tomarse el valor del esfuerzo medio de fluencia.Deformación unitaria en la laminación plana: h0 = ln –—– hf (19. Ym para la deformación dada: p = Ym ud = –—– . 9) L F w pdL 0 (19.9) .p=Ym N L S E (19. 10) .El área sobre la que se ejerce el esfuerzo es L w. donde: L R h (19.11) La fuerza ideal de laminación estará dada por: F = Ym L w (19. Para considerar la fricción en la laminación plana se puede emplear la relación: F = Kf Ym L w Donde Kf es el factor multiplicador de la fuerza por efecto de la fricción para el caso de deformación plana. .5 hm hm es el espesor medio de la zona deformada y el coeficiente de fricción entre el rodillo y la plancha. dado por la expresión: L K f 1 0. el momento de torsión ejercido sobre cada rodillo será: T = 0. la velocidad angular.13) .5 F L La potencia de accionamiento por rodillo está dada por P = T Si los rodillos giran a una frecuencia rotacional N.Asumiendo que la fuerza se encuentra centrada en la longitud L. será: =2N y la potencia de accionamiento será: P =2NFL (19. hmax dada por: hmax = d máx = 2 R Donde R es el radio del rodillo. debiendo cumplirse la condición: > tg Donde es el ángulo de contacto del rodillo.Para que la plancha pueda ser arrastrada por los rodillos se requiere que exista fricción entre ellos. De la condición anterior se establece un límite para la máxima reducción de espesor posible. . LAMINACIÓN DE FORMA . reversible . 12.Cajas de laminación (Rolling mills) • DÚO . 20 rodillos) • UNIVERSAL (rodillos horizontales y verticales) Mención a los trenes de laminación (Tandem rolling mills) .no reversible • TRÍO • CUARTO • DE RODILLOS MÚLTIPLES (con respaldo: 6. LAMINADOR Laminador de cuatro rodillos . . . . Otros procesos de conformado relativas al laminado Laminado de anillos . 6 Laminado de roscas con dados planos: (1) inicio del ciclo y (2) fin del ciclo Machined thread Rolled thread .Laminado de roscas (Thread rolling) de tornillo Figura 19. . Suponiendo un coeficiente de fricción entre los rodillos y la plancha de 0. en hp. determine: a)La factibilidad de realizar el proceso b)La fuerza de laminación c)El momento de torsión del laminado d)La potencia requerida para el proceso.15. Los rodillos de 250 mm de radio giran a una frecuencia rotacional de 50 rpm. La curva de fluencia del material de trabajo esta definida por los parámetros: coeficiente de resistencia de 275 N/mm2 y exponente de endurecimiento por deformación de 0.12. .EJEMPLO Una plancha de 25 mm de espesor se reduce en un paso a 22 mm sin variación de su ancho de 300 mm. 128 22 Ym 275 x(0.4mm K f 1 0.5 x0.070 x176 x300 x 27.4 1547990 N .12)^2x250=3.128)^0.070 F 1. por tanto.SOLUCIÓN a) d=25-22=3 mm dmáx=(0. b) ln 25 0.15 176 N / mm 2 L 250 x3 27.15 / 1.4 / 23. es posible realizar la operación de laminado.5) 1.6 mm > d.12 x(27. 1 hp = 745.7 W 222084 P 298hp 745.x(50 / 60) 222084W Convertimos a caballos de fuerza.m d) Potencia real P Tx 42415 x 2 x .4 x10 42415 N .93 o 93% .7 Eficiencia de conformado: =Fd/F=1/Kf=0.c) Momento de torsión para el proceso 3 T 1547990 x 27. Valores típicos de la eficiencia de conformado: Laminación plana: de 75% a 95% . Extrusión indirecta .EXTRUSIÓN • Equipo • Características • Análisis mecánico del proceso .Trabajo redundante • Trabajo redundante • Defectos . • Es posible lograr tolerancia muy estrechas. especialmente con extrusión en caliente. • La estructura del grano y las propiedades de resistencia resultan mejoradas con la extrusión en frío o en caliente. • En algunas operaciones de extrusión se genera poco o ningún material de desperdicio. sin embargo. una limitación de la geometría es que la sección transversal es la misma en toda su longitud.EXTRUSIÓN Proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal. . en especial en la extrusión en frío. VENTAJAS • Se puede extruir una gran variedad de formas. Equipos de extrusión de metales . Máquina de extrusión de metales . (3) Encabezado (igual a forja) . (2) Indirecta.Tipos de extrusión: • • • • Directa Indirecta tubular Hidrostática Por impacto en frío (1) Directa. Formas extruidas estándar . Fricción alta •Zona estanca alrededor de 45º (ángulo del dado) .Ángulo del dado grande .ANÁLISIS DE LA EXTRUSIÓN Consideraciones para el análisis: •Deformación uniforme del metal de D0 a Df •No se considera trabajo redundante Wr = 0 •No se emplea análisis de bloque: . 8 .22) a = 0.5 Presión del pisón: Extrusión Indirecta : p = Ym x Extrusión Directa: 2L p Ym x D0 (19.ANÁLISIS DE LA EXTRUSIÓN Relación de extrusión A0 rx Af (19.19) Deformación ideal = ln rx (19.23ª) (19.24) Potencia de extrusión P = F v (19.25) .23b) Fuerza del pisón: F = p A0 (19.2 a 1.20) Deformación real de extrusión (Johnson) x = a + b ln rx (19. b = 1. podemos plantear: pf * 2 D0 . el efecto de la fricción entre las paredes del contenedor y el material de trabajo ocasiona que la presión del pisón (ram) sea mayor que para la extrusión indirecta.L 4 Contendor Donde. D0 Para el equilibrio. p * D0 . el miembro de la derecha indica la fuerza de fricción entre el tocho y el contenedor y el de la izquierda la fuerza adicional del pisón para vencer dicha fricción. . pf = presión adicional para superar la fricción en el contenedor (N/mm2) A0 = área de la sección transversal del tocho = D02/4 (mm2) Af = área de la entrecara tocho-pared del contenedor = D0 L (mm2) p = presión del tocho contra la pared del contenedor (N/mm2) = coeficiente de fricción en la pared del contenedor En la expresión.Presión adicional en el contenedor en la extrusión directa En la extrusión directa. L Ym . entonces. tenemos. con fricción adherente (caso de extrusión en caliente) en el cual el esfuerzo de fricción iguala al esfuerzo de fluencia al corte del metal de trabajo.23b) . Consideremos la situación extrema.L 4 2 p f Ym * 2L D0 En base a este razonamiento podemos emplear la siguiente expresión para calcular la presión del pisón en la extrusión directa: p Ym . x Ym .D0 . .D0 . . pf * Simplificando. 2 Ym D0 * .D0 .L k . 2L 2L Ym . x D0 D0 (19. .L 2 Reemplazando en la primera expresión. k = Y/2.La fricción en la entrecara tocho-contenedor va desde fricción deslizante hasta fricción adherente. p.D0 . se requiere más presión y fuerza que una sección circular.02 x Cc 2 . Para secciones transversales complejas.23 (a) y (b) .Secciones complejas Las ecuaciones 21.98 0. se aplican a los orificios circulares del dado. C K x 0. 25 Factor de forma: Presión de extrusión: Extrusión Indirecta : p = Kx Ym x Extrusión Directa 2L : p K xYm x D 0 . . Los valores más altos de la extrusión directa resultan de la fricción en las paredes del recipiente.Gráficas típicas de la presión contra la carrera del pisón (y la longitud remanente del tocho) para extrusión directa e indirecta. El incremento de presión al final de la carreara se relaciona con la formación del tope. La forma de la acumulación de la presión el inicio de la gráfica depende del ángulo del dado (mayores ángulos del dado significan acumulaciones de presión más pronunciadas). Ángulo de dado óptimo: (a) Definición del ángulo del dado en extrusión directa. (b) efecto del ángulo del dado sobre la fuerza del pisón < óptimo > óptimo . Otros procesos de extrusión Varios procesos de extrusión por impacto: (a) hacia adelante. (b) hacia atrás y (c) combinación de las dos. . Extrusión hidrostática . .Defectos en los productos extruidos Algunos de los defectos más comunes en extrusión: (a) reventado central. (b) tubificación (bolsa de contracción) y (c) agrietado superficial. Para la ecuación de Johnson considere a = 0. Determine: (a) la deformación real ideal (deformación homogénea). El material de trabajo tiene un coeficiente de resistencia de 60 000 lb/in2 y un exponente de endurecimiento por deformación de 0. (b) la deformación real de extrusión (de Johnson). 2.0 in de diámetro y 3.3) Un tocho de 1.8 y b = 1.0.PROBLEMA (Ref.0 in de longitud se extruye en una operación de extrusión directa con una relación de extrusión de 4.0. El dado de extrusión tiene un ángulo de 90º. La pieza extruida es de sección transversal circular. 1.0.5.18. Groover 21. (d) graficar presión vs L .0 in. (c) la presión del pisón a las longitudes del tocho de: L = 3. 18 53925.18 / 1.386) 0.879 c) Esfuerzo de fluencia medio: Ym 60000(1.lb / in 2 Para L=3.5(1.0 in 3.386 b) Deformación real de extrusión: x 0.8 1.0 in con ángulo del dado de 90º.0 1.SOLUCIÓN a) Deformación real ideal: ln rx ln 4. se asume que el metal del tocho será forzado a través de la abertura del dado casi inmediatamente. 0 . entonces nuestro cálculo asume que la presión máxima se alcanza a la longitud del tocho de L=3.0 2 p 53925 2.879 2 478800lb / in 1.386) 2. Por tanto.0 in. el valor mínimo hipotético de la presión del pisón podría resultar cuando L = 0.L = 2.879 2 263100lb / in 1.0 . una porción del tocho (el tope) permanece sin extruir y la presión empieza a aumentar rápidamente conforme L se aproxima a cero. En realidad es imposible comprimir todo el metal a través de la abertura del dado.0 in. 0 2 p 53925 * 2.0 L = 1.879 2 * 155250lb / in 1.0 2 p 53925 2. L = 0.0 2 p 53925 2. este valor de longitud es hipotético en extrusión directa.879 2 370950lb / in 1. 2.0 L = 0. 1. En su lugar. P (lb/in2) 478 800 x 370 950 263 100 155 250 x 3 2 1 0 Presión del pisón vs longitud remanente L (in) . . ESTIRADO Y TREFILADO WIRE DRAWING . . un alambrón o alambre de sección transversal circular es reducido jalándolo a través de un dado (hilera) cuyo perfil interno es cónico.TREFILADO DE ALAMBRES En este proceso. Elementos básicos del equipo de trefilado . El metal cilíndrico alimentado es inicialmente ahusado de modo que salga a través del orificio del dado y pueda ser sujetado por el equipo de estirado. hasta bloques múltiples para operación continua. Diagrama de una máquina continua de trefilado Tienen la desventaja la desventaja de ser grandes y costosos debido a la instalación de costosos equipos eléctricos .El equipo de trefilado puede estar constituido desde un simple banco de estirado para trabajo intermitente. que generan una secuencia de velocidades periféricas equivalentes a una serie definida de reducciones de tamaño.Un segundo tipo de máquina que supera las desventajas de las anteriores es la compuesta por un solo motor para mover una serie de conos escalonados . Tales máquinas están. . por tanto diseñadas para dar una reducción específica por pasada . Los diámetros de los conos son tales. ANALISIS DE LA OPERACIÓN Geometría del proceso Influencia de en los requerimientos de energía para el proceso: (a) mayor energía. (b) menor energía . de fricción y redundante) en función del ángulo .Carga total de estirado formada por las tres componentes (ideal. .. del dado . Se ha encontrado en la práctica que entre más duro sea el metal. el cual también actúa como refrigerante .020 in) a 200 mm (0. A tales velocidades la mayoría de la energía de deformación aparece como un aumento de temperatura y para lograr su disipación los dados y bloques son totalmente sumergidos en un baño de lubricante. con reducción en el diámetro de 510 mm (0. Para una máquina típica de 15 dados .0076 in) tendrá una velocidad de 70 m/s (12000 ft/min). . más pequeño debe ser el ángulo mínimo de carga. La fabricación de alambres por trefilado involucra altas velocidades de estirado. análisis Dado Df D0 Lc Reducción de área: F r A0 A f A0 (19.28) Draft: d = D0 – Df (19.30) .TREFILADO.29) A0 1 ln ln Deformación real : Af 1 r (19. d A f .Tensión de trefilado: A d Ym 1 .35) .33) D0 D f 2 sen Fuerza de trefilado: A0 F A f .Ym 1 . ln 0 tan Af (19. D D0 D f 2 Lc (19.88 0.12 Lc Donde.32) Factor por deformación no-homogénea : D 0. ln tan Af (19. 0 mm Factor (deformación no homogénea) = 0.5 mm y el diámetro final es de 2.446)0.5 – 2.25/1.446 Esfuerzo de fluencia medio Ym = 205*(0.0) = 0.25 mm Longitud de contacto Lc = (2.0)/(2*sen(15º)= 1.14 mm2 Fuerza de trefilado F = 94.5 + 2.07/tan15º)*1.5/2.20/1.4 Se desea trefilar un alambre en una hilera con ángulo de entrada de 15º.20.0)2/4 = 3.1* 3.0 mm.0)/2 = 2. El coeficiente de fricción en la entrecara trabajo-hilera es de 0.15*0.15 Deformación real de trefilado = lnA0/Af = 2*ln(2.446 = 94.4 N/mm2 Tensión de trefilado d = 145. Determine la tensión de trefilado y la fuerza requerida para la operación. el metal tiene un coeficiente de resistencia de 205 N/mm2 y un exponente de endurecimiento por deformación de 0.1 N/mm2 Sección inicial del alambre Af = (2.5 N .Ejemplo 19. Solución Diámetro medio D = (2.12*(2.0) = 1.14 = 295.88 + 0. El diámetro inicial del alambre es de 2.20 = 145.07.4*(1 + 0. PROBLEMA 19.15. . Determine la velocidad máxima posible del alambre al salir del segundo dado.20.5 hp a una eficiencia de90%. Los motores que impulsan los cabrestantes a la salida del dado pueden liberar 1.36 Un alambre cuyo diámetro inicial es 0. produciéndose en cada dado una reducción de área de 0.10. el metal inicial tiene un coeficiencia de resistencia de 40 000 lb/in2 y un exponente de endurecimiento por deformación de 0.125 in se trefila a través de dos dados. Cada dado tiene un ángulo de entrada de 12º y el coeficiente de fricción en la entrecara trabajo-dado estimado en 0. 223 ln(1 / 0.80 * 0.15 27772lb / in 2 .223) 0. A0 r A0 A f A0 1 0.009818) 0.20 0.012272 / 0.8) Ym 40000 * (0.125 in.012272 0.80 A f 0.009818in 2 ln(0.125 2 0.012272in 2 4 Af A0 Af A0 1 0.15 / 1.SOLUCIÓN Primera reducción: D0= 0. 031 F A f .112 0.112 Lc 0.Ym (1 / tan ) .125 0.medio : D 0.88 0.125 0.112in Diámetro.125 0.031in 2 * sen 2 * sen(12) 0.1185 0. .12 * 1.339 0.Af A0 1 r D f D0 1 r 0.8 0.1185 2 D0 D f 0. 35 hp*550 lb-ft/hp-sec = 742.09818 * 27772 * (1 0.19 ft/sec .F 0.5=1.7 120lb Potencia de accionamiento: P = 0. Velocidad de salida del primer dado: vf =742.223 F 119 .10 / tan 12º ) *1.339 * 0.90*1.5 lb-ft/sec P = F*vf = 120 lb*vf=742.5 lb-ft/sec De donde.5/120 = 6. 00985 * 0.Segunda reducción D0 = 0.r) Depende únicamente de la reducción de área r.00985in 2 4 A f A0 * (1 r ) 0. A0 (0.00788in 2 A0 0. La deformación total que experimenta el material de trabajo es la suma de las deformaciones del primer y segundo trefilado.250) 0.223 0.00788 Af Se obtiene el mismo valor porque: = ln(1/(1 .00985 ln ln ln(1. .112 in.80 0.112 ) 2 0. 012272/0.223 = 0.4429 Y 1 2 Ym 40000 * (0.00788) 0.446 Esto es lo mismo que: = ln(A0/Af2) = ln(0.446) 0.223+0.15 / 1.15 30815lb / in 2 . = 1 + 2 = 0. 112 0. Af 1 r D f D0 1 r 0.0289 F A f .Diámetro final.Ym (1 / tan ) .100in A0 Diámetro.medio : D 0.112 0.106 0.100 Lc 0.100 0.12 * 1. .88 0.0289in 2 * sen 2 * sen(12º ) 0.112 0.106in 2 D0 D f 0.8 0.32 0. lb Potencia de accionamiento: P = 0.5 lb-ft/sec De donde.5/210 = 3.90*1.1 / tan 12º ) *1.Reemplazando valores.446 F 210.32 * 0.5=1.35 hp*550 lb-ft/hp-sec = 742.54 ft/sec . F 0. Velocidad de salida del primer dado: vf =742.5 lb-ft/sec P = F*vf = 210 lb*vf = 742.00788 * 30815 * (1 0. Cuando esto pasa. según las expresiones precedentes. el esfuerzo máximo de estirado debe ser menor que el esfuerzo de fluencia del material que sale del dado. Para que el estirado del alambre sea exitoso. . Si la reducción es lo suficientemente grande. el alambre estirado simplemente se alarga. los esfuerzos de estirado excederían la resistencia a la fluencia del material deformado.Reducción máxima por pase Existe una relación directa entre la reducción deseada y los esfuerzos de estirado. en lugar de que se comprima a través del cono de reducción del dado. se obtiene que: Ym = Y (porque n = 0) .Suponiendo que el material es perfectamente plástico (n = 0). Esto expresado en la ecuación para el esfuerzo de estirado bajo condiciones de deformación ideal. En este caso ideal. el esfuerzo de estirado máximo posible es igual a la resistencia a la fluencia del material de trabajo. sin fricción y sin trabajo redundante. 0 máx = 1.Entonces. A0 A0 1 d Ym * ln Y * ln Y * ln Y Af Af 1 r Esto significa que ln(A0/Af )= ln(1/(1-r)) = 1 De aquí se tiene que. la deformación máxima posible es 1.0 La relación máxima posible de área está dada por: A0/Af = e = 2.7183 Y la reducción máxima posible es: rmáx e 1 0. (A0/Af = 1/(1-r) deben ser iguales a los logaritmos naturales base e. es decir.632 e . aún cuando ésta ignora: (1) los efectos de la fricción y del trabajo redundante que podrían reducir el valor máximo posible. Se acostumbra en la práctica industrial considerar reducciones de 0.30 para estirado múltiple de alambre . reducción máxima posible. (2) el endurecimiento por deformación. que podría incrementar la reducción máxima posible debido a que el alambre a la salida podría ser más resistente que el material inicial.50 para estirado simple de barras y 0. las reducciones de estirado por paso están muy por debajo de los límites teóricos. En la práctica.El valor rmáx. es considerado como una reducción teórica máxima posible en un solo paso. . 20 Trabajo metálico de láminas (pp. 440 a 480) .TERCERA UNIDAD CONFORMADO DE METALES POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA TRABAJO METÁLICO DE LÁMINAS Cap. Punzonado (punching) .TRABAJO DE CHAPA METÁLICA Principales operaciones: • Corte .Cizallado (shearing) • Doblado • Embutición .Recortado o troquelado (blanking) . punzonadoras. Operaciones de corte (cutting operations) •Cizallado (shearing) •Recortado (blanking) •Punzonado (punching) Estas operaciones se realizan con máquinas llamadas : cortadoras o cizallas.Operaciones de Corte (Cutting operations) La chapa generalmente se trabaja sin arranque de viruta. . Frecuentemente la chapa se corta en cintas de determinado ancho.Operaciones de Corte (Cutting operations) En los talleres de estampado. es muy raro que las piezas se estampen directamente de la chapa. Esta operación preparatoria se realiza con: •Tijeras o cizallas •Punzones o troqueles . Cizallado (Shearing) Corte con cizalla y punzón-troquel (punch-die) . Acción de Cizallado de la chapa mostrando las cuatro pasos básicos : . Recorte y punzonado (Blanking and Punching) . h = espesor de la chapa Para punzonado convencional: Diámetro del punzón Dp= Dd .2c . El juego depende del tipo de chapa y su espesor.Análisis de ingeniería del corte de chapa metálica c = Juego (clearance).1) Donde . es la distancia entre el punzón y el dado.1 . a = constante asociada al tipo de material (allowance ) Tabla 20. Usualmente c (4 a 8%) h El juego se puede calcular mediante la siguiente expresión: c = a*h (20. Valor de juegos para tres grupos de chapa metálica: c = a*h Grupo de metales a Aleaciones de aluminio 1100S y 5052S.045 Aleaciones de aluminio 2024ST y 6061ST. latón. dureza media y alta.060 Acero laminado en frío. 0.075 . 0. acero suave laminado en frío. dureza media. todos los temples. acero inoxidable. 0. acero inoxidable suave. todos los temples. Blanking (recorte) Diámetros del punzón y dado para un recorte (blanking) de diámetro Db: Diámetro del punzón de recorte Dp = Db – 2 c Diámetro del dado de recorte = Db Punching (punzonado): Diámetros del punzón y del dado para el agujero redondo de diámetro Dh: Diámetro del punzón para el corte del agujero = D h diámetro del dado para el punzonado del agujero = D h + 2c .Los valores calculados para el juego se pueden aplicar tanto al recortado (blanking) como al punzonado (punching) para determinar el tamaño del punzón y del dado. h = espesor de la chapa (mm).50 para materiales suaves c2 = 0. c1 = constante < 1.4) Donde.35 para materiales duros Potencia P = E*N/60 N = nº de carreras/min de la prensa .85 para materiales dúctiles c1 = 0. L = longitud del borde de corte (perímetro) (mm). TS = resistencia a la tensión del material. c1 = 0.65 para materiales de menor ductilidad Energía E = c2*F*h c2 = 0. S = resistencia al corte de la chapa (N/mm2).Fuerza de corte F= S*h*L = c1*TS*h*L (20. por tanto.000 – 2*(0. y b) la fuerza de corte.426)*(0.EJEMPLO 1 Se recorta (blanked) un disco de 3 in de diámetro de una chapa (strip) de acero laminado en frío ligeramente endurecido de 1/8 in de espesor .0 in.075.51 ton . Dp = 3. Dd = 3.142*(3. La longitud del borde de corte (blanking) es: L = Db = 3.0125 in = 0.0) = 9. cuya resistencia al corte es de 45 000 lb/in2.000 in Diámetro del punzón.0094) = 2. Determine : a) los diámetros apropiados del punzón y del dado . SOLUCIÓN a)La constante del juego para acero laminado en frío de dureza media es a = 0. Diámetro de la abertura del dado.426 in Y la fuerza es: F = 45 000*(9.075*0. y el tamaño del dado determina el tamaño de la forma.125) = 53 021 lb o 26. el juego punzón dado es: c = 0.0094 in El disco tendrá un diámetro de 3.9812 in b) Asumiendo que todo el perímetro se corta en una sola operación. por tanto. equipadas con moldes o estampas apropiadas formadas de dos partes. El material empleado en la construcción de las estampas debe ser duro. resistente al desgaste y suficientemente tenaz. que funcionan en modo análogo a como lo hace el conjunto punzón matriz. pudiéndose emplear aceros al carbono o aceros aleados convenientemente tratados. o prensas de diversos tipos. macho y hembra. según sea la magnitud de los esfuerzos de plegado que deban soportar. Los métodos más comunes de doblado son: •Doblado de bordes •Doblado en V .Operaciones de Doblado (Bending) Para el doblado de chapas se emplean máquinas dobladoras. Doblado en V y doblado de bordes . Tolerancia de doblado (Bend Allowance): BA . Tolerancia de doblado (Bend Allowance): BA 2 R K ba * h 360 (20. = ángulo de doblado en grados.50 . si R < 2h Kba = 0.33 si R ≥ 2h Kba = 0. R = radio de doblado (in o mm). Kba = factor de estimación del estirado. h = espesor del material (in o mm).6) Donde BA = tolerancia de doblado (in o mm). Rb/h <=2. Bending limit: • Orange peel • Localized necking • Fracture • Crushing .Bending Neutral line depends on Rb/h ratio: Rb/h >2 neutral line at 1/2 h. neutral line at 1/3 h. Recuperación elástica (Springback): 2 1 SB 1 (20. 2 = ángulo de la chapa metálica.7) Donde . SB = recuperación elástica. . 1 = ángulo de la herramienta de doblado . Recuperación elástica o ‘Springback’ • Elastic recovery of part after bending is complete h • Factor that make it worse: – Thinner sheet Ri Ri 0.2 1 3 4 Rf h E h E 3 .2 Ri 0. F = fuerza de doblado (lb. N). D = dimensión del dado abierto (in o mm). h = espesor del material (in o mm). w = ancho de la chapa (in o mm). Para doblado en V Kbf = 1. Kbf = constante que considera la forma del doblado.Fuerza de doblado F K bf * TS * w * h 2 (20.8) D Donde. N/mm2).33 . TS = resistencia a la tensión de la chapa metálica (lb/in2.33 Para doblado de borde Kbf = 0. h=0. Determine: a) el tamaño inicial de la pieza.750 (ancho) R=0.0 in.187 120º a) La lámina inicial tendrá un ancho de 1. y b) la fuerza de doblado. El metal tiene un módulo de elasticidad de E = 30x106 lb/in2. para un doblado en V con una apertura de D = 1.500 0 00 1.EJEMPLO 2 Se dobla una lámina de metal como se muestra en la figura.000 + BA De ecuación (20.6).750 in y su longitud final será de L = 1. una resistencia a la fluencia de Y = 40 000 lb/in2 y una resistencia a la tensión de TS = 65 000 lb/in 2. SOLUCIÓN 1. tolerancia de doblado: BA 2 R K ba * h 360 .500 + 1.125 w = 1. 0 .239 = 2.33 * 0.in BA 2 360 La longitud final de la lámina será de: L = 2.739 in b) De ecuación (20. es: F K bf * TS * w * h 2 D 1.187/0.8).125) 2 2364.125 = 1.5<2. para R<2h (o R/h=0.187 0. Luego reemplazando.125 0.239. la fuerza de doblado con Kbf = 1.Ángulo de doblado: = 60º.33 . 60º 0.lb 1 .33 * 65000 *1.750 * (0.33.0) el factor de estirado es Kba = 0.500 + 0. tenemos. Embutido (Drawing) Se entiende por embutición el conjunto de operaciones mediante las cuales la chapa metálica se transforma en una pieza cóncava. Para estas operaciones se emplean prensas equipadas con moldes o estampas constituidos esencialmente de punzón, matriz y sujetador (Punch-Die-Blankholder) Análisis del embutido c = Juego (clearance), es la distancia entre el punzón y el dado. Este juego es aproximadamente 10% mayor que el espesor de la chapa metálica h (ó t0): c = 1,1 h Relación de embutido (drawing ratio): DR Mide la severidad de la operación de embutido profundo. A mayor relación DR mayor severidad, teniendo como límite 2,0. Para formas cilíndricas se expresa como: DR D0 2,0 Dp (20.10) Donde; D0 = diámetro inicial del disco; Dp = diámetro del punzón. Reducción (reduction): r Es otra forma de caracterizar la operación de embutido y está estrechamente vinculada a la relación de embutido (cuyo límite superior es DR ≤ 2,0), con un valor de r ≤ 0,50. r D0 D p D0 0,50 (20.11) Relación espesor a diámetro (thickness-to-diameter ratio): h/D0 > 1% 7.Fuerza de embutido Se determina por fórmulas empíricas y teóricas.12) La constante 0. es un factor de corrección por fricción.13) Fh 0.2h 2 Rd 2 2 .7 D p (20. Fuerza del Prensa-chapa (blankholder) (20.015 * Y * * D0 D p 2. Fuerza limitante (para la selección de la prensa) Frot * Dp * h * TS Fuerza de embutido D0 F * Dp * h * TS 0. 0 2.2 * 2 * 0.EJEMPLO 4 Para la operación de embutido del ejemplo anterior (Ejemplo 3).5 3.7 70097. 5 F * 3.13) 3 Fh 0. Y = 40 000 lb/in2. y radio de redondeo del dado Rd = 0.25 in. Considere para el material TS = 70 000 lb/in2. determine : a) la fuerza de embutido.lb 32 3.25 32 Fh = 31 124 lb 2 2 .12): 3 5.0 * * 70000 * 0. y b) la fuerza sujeción. SOLUCIÓN a) La fuerza máxima de embutido está dada por la ecuación (20.0 b) La fuerza de sujeción se determina por la ecuación (20.015 * 40000 * 5. Defectos del embutido a)Arrugamiento en la brida o pestaña b)Arrugamiento en la pared c)Desgarramiento d)Orejeado e)Rayados superficiales . tales como: 1) operaciones realizadas con herramientas metálicas : •planchado (ironing) •acuñado y estampado (coining and embosssing) •desplegado (lancing) •torcido (twisting) 2) operaciones ejecutadas con herramientas flexibles: •proceso Guerin •hidroformado .Otras operaciones de chapa metálica Además del doblado y el embutido . hay otras operaciones de formado que pueden realizarse con las prensas convencionales.