UNIDAD VIII Tipos de Ensayos de Conformaciones Técnologicas

Tipos de Ensayos de Conformaciones Técnologicas: 

Plegado o Doblado:

En el trabajo con laminas de metal el doblado se define como la deformación del metal alrededor de un eje recto, durante la operación de doblado el metal dentro del plano neutral se comprime, mientras que el metal por fuera del plano neutral se estira. El metal se deforma plásticamente, así que el doblez toma una forma permanente al remover los esfuerzos que lo causaron. El doblado produce poco o ningún cambio en el espesor de la lamina metálica.

Doblado en V y doblado de bordes:

Las operaciones de doblados se realizan usando como herramientas de trabajo diversos tipos de punzones y dados. Los dos métodos de doblado mas comunes y sus herramientas asociadas son el doblado en V, ejecutando con un dado en V; y el doblados de bordes, ejecutado con un dado deslizante.

En el doblado en V, la lamina de metal se dobla entre un punzón y un dado en forma de V. Los ángulos incluidos, que fluctúan desde los muy agudos, se pueden hacer con dados en forma de V. El doblado en V se usa generalmente para operaciones de baja producción y se realizan frecuentemente en una prensa de cortina, los correspondientes dados en V son relativamente simples y de bajo costo.

El doblado de bordes involucra una carga voladiza sobre la lamina de metal. Se usa una placa de presión que aplica una fuerza de sujeción para sostener la base de la parte contra el dado, el doblado se limita a ángulos mayores de 90° o menores. Se pueden diseñar dados deslizantes mas complicados para ángulos mayores de 90°. Debido a la presión del sujetador, los dados deslizantes y mas costosos que los dados en V y se usan generalmente para los trabajos de alta producción.

Para otras operaciones de doblado y operaciones relacionadas con el formado estas involucran el doblado sobre ejes curvos en lugar de ejes rectos, o tienen otras características que se diferencian de las operaciones básicas descritas anteriormente.

Formado de bridas, doblez, engargolados y rebordeados:

El formado de bridas es una operación en la cual el filo de una lamina de metal se dobla en un ángulo de 90° para formar un borde. Se usa frecuentemente para reforzar o dar rigidez a la parte de la lamina metálica. El borde se puede formar en un doblez sobre un eje recto, o puede involucrar algunos estiramientos o contracciones del metal. El doblez involucra el doblado del borde de la lamina sobre si misma en mas de un paso de doblado esto se hace frecuentemente para eliminar el borde agudo de la pieza. Para incrementar la rigidez y para mejorar su apariencia. El engargolado o empate es una operación relacionada en la cual se ensamblan dos bordes de la lamina metálica.

En el rebordeado, también llamado formado de molduras, los bordes de la parte se producen en forma de rizo o rollo. Tanto esta operación como el doblez se hacen con fines de seguridad, resistencia y estética. Algunos ejemplos de productos en los cuales se usa el ribeteado incluyen bisagras, ollas, sartenes y cajas para relojes de bolsillo. Estos ejemplos demuestran que el ribeteado se puede ejecutar sobre ejes rectos o curvos.

Embuticion:

Se denomina embutición al proceso de conformado en frío de los metales, por el que se transforma un disco o piezas recortada, según el material, en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura. 

Proceso de Embutición: 

Las piezas recortadas o discos a emplear se disponen en el asiento o anillo de centrado, fijado a la matriz de embutir, con la finalidad de centrar el disco en el proceso de embutición. Un dispositivo pisador aprieta el disco contra la matriz de embutir con la finalidad de que no se produzcan pliegues. El punzón de embutir al bajar estira el material sobre los bordes rebordeados de la matriz, de modo que se produzca una pieza hueca. El desplazamiento de todos los cristales en que esta constituido el material a embutir es radical en toda su magnitud. Cada uno de los cristales del material se desplaza, en la medida de que este se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz.

El desplazamiento del material en ese instante es semejante al flujo de agua por el rebosadero de una presa. Cuando se pretende que el espesor del material no se altere durante el proceso de embutido, el área de la pieza original (disco recortado) debe ser igual al área de la superficie de pieza embutida.

La fricción es un factor que debe tomarse en cuenta por cuanto el material se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz. Por lo tanto esta área debe estar pulida y lapeada. Esto reduce la carga necesaria para el desarrollo del embutido. El achaflanado de los bordes de la matriz ayuda a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir. Facilitan también el embutido la lubricación adecuada, del disco recortado y de la herramienta en su conjunto.

Forjado:

forjado es un proceso de deformación donde se comprime entre dos dados el material de trabajo, usando para esto un impacto para formar la parte, este proceso permite la fabricación de gran cantidad de componentes de alta resistencia para automóviles, vehículos aeroespaciales, y otras aplicaciones. También podemos ver que industrias de aceros y otros metales básicos usan el forjado para fijar la forma básica de grandes piezas para luego maquinar, obteniendo su forma y dimensiones definitivas.

El forjado se lleva a efecto de distintas maneras, la mayoría de als operaciones se realiza en caliente(por arriba y por debajo de la temperatura de cristalización), dada la deformación que demanda el proceso y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductibilidad del metal de trabajo, sin embargo, el forjado en frío también es muy común para ciertos productos, la ventaja del forjado en frío es la mayor resistencia del componente que resulta del endurecimiento por deformación.

Otra diferencia entre las operaciones de forjado es el grado en que los dados restringen el flujo del metal de trabajo, de esto podemos desprender 3 tipos de operaciones:

  Forjado en dado abierto: el caso más simple de forjado en dado abierto, consiste en comprimir una parte de la sección cilíndrica entre dos dados planos, muy semejante a un ensayo de la compresión. Esta operación de forjado, también conocida como recalcado o forjado para recalcar, reduce la altura del trabajo e incrementa su diámetro.

Practica del forjado en dado abierto

Las formas generadas por operaciones en dado abierto son simples, como flechas, discos y anillos. En algunas aplicaciones los dados tienen ligeros contornos en su superficie los que ayudan a formar el material de trabajo. Un ejemplo de material forjado en dado abierto en la industria del acero es el formado de grandes lingotes cuadrados para convertirlos en secciones redondas. Estas operaciones en dados abiertos producen formas rudimentarias las cuales requieren ciertas operaciones posteriores para refinar las partes a sus dimensiones y forma final

Las operaciones clasificadas en los dados abiertos pueden realizarse en:

  Forjado con dados convexos: operación que se utiliza para reducir la sección transversal y redistribuir el metal en una parte de trabajo, como preparación para operaciones posteriores de formado con forja se realiza con dados de superficie convexa.

  Forjado con dados cóncavos : es similar al anterior, excepto que los dados tienen superficies cóncavas.

  Forjado con dado impresor: llamado algunas veces “forjado en dado cerrado” se realiza con dados cuya forma es la inversa a la pieza que se requiere forjar en el material de trabajo. La pieza de trabajo inicial se muestra como una parte cilíndrica similar a la de las operaciones previas en dados abiertos. Al cerrarse el dado y llegar a su posición final, el metal fluye más allá de la cavidad del dado y forma una rebaba en la pequeña apertura de las placas del dado, la rebaba tiene una importante función ya que cuando empieza a formarse impide que el metal siga fluyendo hacia la abertura, y de esta manera obliga al material a permanecer en la cavidad. Lo que incrementa la resistencia a la deformación. La restricción del flujo de material produce una mayor compresión al interior del dado lo que fuerza al material a llenar los espacios no ocupados anteriormente, produciendo así un producto de gran calidad.

  Forjado sin rebaba: en la terminología industrial, el forjado con dado impresor se llama algunas veces forjado en dado cerrado. Sin embargo, hay diferencia entre forjado con dado impresor y forjado con dado cerrado real. La diferencia es que en el forjado sin rebaba, la pieza de trabajo original queda contenida totalmente dentro de la cavidad del dado durante la comprensión. El forjado sin rebaba tiene ciertos requerimientos sobre el control del proceso, los cuales son más exigentes que el forjado con dado impresor. Más importante es que el volumen del material de trabajo debe ser igual al volumen de la cavidad , si la pieza inicial es demasiado grande la presión excesiva puede causar daños en el dado o en la prensa, y también si el material inicial es demasiado pequeño quedara espacio libre dentro de la cavidad, este proceso se encuentra sujeto a medidas muy estrechas en lo que a tolerancia se refiere.

  Forjado con rodillos: este es un proceso de deformación que se usa para reducir una sección transversal de una pieza de trabajo cilíndrica o rectangular, esta pasa a través de una serie de rodillos opuestos con canales que igualan la forma requerida para la parte final. El forjado con rodillos se clasifica como proceso de forja aún cuando use rodillos, ya que los rodillos no giran continuamente sino que solo lo hacen sobre la sección que se debe deformar.

  Forjado orbital: este proceso ocurre por medio de un dado superior en forma de cono que presiona que presiona y gira en torno al material de trabajo. El material se comprime sobre un dado inferior que tiene una cavidad. Debido a que el eje del cono esta inclinado, solamente una pequeña área de la superficie del trabajo se comprime en comprime en cualquier momento. Al revolver el dado superior el área bajo la comprensión también gira.

  Forjado isotérmico en dado caliente: es un termino que se aplica a operaciones de forjado caliente donde la parte de trabajo se mantiene a temperaturas cercanas a su elevada inicial durante la deformación, a través de los dados. Si se evita que la pieza de trabajo se enfríe al contacto con la superficie fría de los dados, como se hace en el forjado convencional, el metal fluye más fácilmente y la fuerza requerida para desempeñar el proceso se reduce. El forjado isotérmico es más costoso que el convencional y se reserva para metales difíciles de forjar como el tinanio y las superaleaciones, y para partes compleja.

Cizallamiento: 

La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega tau (Fig 1). En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor.1 2 En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a la sección transversal (i.e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos evidente.

 

Fuerza Necesaria para Deformar mediante Matriz:

Para realizar un agujero de una dimensión concreta en una chapa de un espesor determinado el punzón debe tener la misma dimensión que el agujero deseado y la matriz deberá tener una dimensión un poco mayor.

Esa diferencia de dimensiones es conocida como tolerancia de corte de la matriz. Es muy importante que la tolerancia de corte de la matriz este uniformemente repartida3 alrededor de la medida del punzón incluso en las esquinas.

La tolerancia de corte adecuada es aquella que hace coincidir las fracturas de corte generadas por el punzón y por la matriz.

Si utilizamos una matriz con tolerancia demasiado ajustada se crearán dos fracturas que no se en contrarán.

Inconvenientes de una tolerancia demasiado ajustada:

• Al ser la tolerancia menor implicará que sea necesaria mayor fuerza para cortar
• El utillaje puede sufrir un mayor desgaste por el hecho de necesitar mas fuerza en la operación de corte.
• Podría llegar a crear más rebabas por laminación.
• Es necesaria mayor fuerza de extracción.

Por otro lado, si utilizamos una tolerancia demasiado grande se generará una curvatura mayor alrededor del agujero y las rebabas serán mayores.

  

Mandrilado:

Se llama mandrinar a una operación de mecanizado que se realiza en los agujeros de las piezas ya taladrados para conseguir unas medidas o tolerancias muy estrechas que no se puede obtener con la acción anterior.

El mandrinado puede realizarse en varias máquinas herramientas diferentes. Si la pieza es pequeña y tiene un solo agujero, el mandrinado se realiza en un torno, fijando la pieza en su plato e imprimiéndole un giro. Para las piezas cúbicas con uno o varios agujeros se utilizan mandrinadoras verticales y centros de mecanizado CNC.

La limitación de las condiciones de corte en el mandrinado viene impuesta por la rigidez y voladizo que pueda tener la herramienta, porque si no son los adecuados pueden producir vibraciones. También depende de la calidad del mecanizado deseado y de la precisión del agujero.

 Fuerza para Punzonar:  

Una punzonadora es un tipo de máquina que se usa para perforar y conformar planchas de diferentes materiales usando un punzón y una matriz a semejanza de una prensa. Estas pueden ser sencillas (comandadas manualmente, con un solo juego de herramientas) o muy complejas (Punzonadora CNC, con carga automática, múltiples herramientas.

La punzonadora generalmente trabaja partiendo de formatos de chapa metálica, pero tambien la hay que parte de bobinas. El punzonado desde bobinas brinda gran eficiencia y desde chapa otorga gran flexibilidad. Trabajar partiendo desde bobina es recomendado para series muy grandes de producción, donde se utiliza siempre el mismo material y el ancho de la bobina coincide generalmente con el ancho de la pieza. Tiene la ventaja de que el material solo circula en una dirección con lo cual se evitan rozaduras en la chapa y desplazamiento innecesarios.

Una punzonadora es un tipo de máquina que se usa para perforar y conformar planchas de diferentes materiales usando un punzón y una matriz a semejanza de una prensa. Estas pueden ser sencillas (comandadas manualmente, con un solo juego de herramientas) o muy complejas (Punzonadora CNC, con carga automática, múltiples herramientas.

Operaciones Misceláneas de Doblado

Algunas de estas operaciones son:

Embutido: es una operación de formado de laminas metálicas que se usa para hacer piezas de forma acopada, de caja y otras foramashuecas mas complejas se realza colocando una lamina de metal sobre la cavidad de un dado y empujando el metal hacia la cavidad de este 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 carrocerías de automóviles.

Otras operaciones de embutidos:

Nuestra revisión se ha enfocado hacia una operación convencional de embutido acopado que produce una forma cilíndrica simple en un solo paso y usa un sujetador para facilitar el proceso, variantes básicas.

Reembutido: si el cambio de forma que requiere el diseño de la parte es demasiado severo (la relación de embutido es demasiado alta), el formado completo de la parte puede requerir mas de un paso de embutido. Al segundo paso de embutido y a cualquier otro posterior, si se necesita, se le llama reembutido.

Embutido de Formas No Cilíndricas: Muchos productos requieren el embutido de formas no cilíndricas. La variedad de formas embutidas incluyen formas cuadradas, cajas rectangulares (lavabos), copas escalonadas, conos, compas con bases esféricas mas que planas y formas curvas irregulares (carrocerías de automóviles).cada una de estas formas representa un problema técnico único en embutido. 

Embutido sin Sujetador: La función principal del sujetador consiste en prevenir el arrugado de la brida mientras se embute la parte. La tendencia al arrugamiento se reduce al aumentar la relación entre el espesor y el diámetro de la forma inicial. 

Defecto del embutido:

El embutido es una operación mas compleja que el corte o el doblado de lamina, por lo tanto hay mas cosas que pueden fallar. Pueden presentarse numerosos defectos en un producto embutido, anteriormente nos referimos a alguno de ellos son: 

1.- Arrugamiento en la brida o pestaña. El arrugamiento es 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.

2- Arrugamiento en la pared. Si la brida arrugada se embute en el cilindro, estos pliegues aparecen en la pared vertical del cilindro.

3.- 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 fallas pueden también ocurrir cuando el metal se estira sobre una esquina afilada del punzón.

4.- Orejeado. Esta es la formación de irregularidades (llamadas orejas) en el borde superior de la pieza embutidas causada por anisotropia en la lamina de metal. Si el material es perfectamente isotropico no se forman las orejas.

5.- 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.

Herramientas de Embutido: 

Con éste tipo de herramientas de embutición profunda se confeccionan partiendo de discos o piezas recortadas según el material, piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura. No se pretende con ésta operación generalmente una variación del espesor del material.

Medicion de la Deformación:

La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de longitud:

de la misma magnitud 

Donde s es la longitud inicial de la zona en estudio y s' la longitud final o deformada. Es útil para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. En la Mecánica de sólidos deformables la deformación puede tener lugar según diversos modos y en diversas direcciones, y puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo, en esas condiciones la deformación de un cuerpo se puede caracterizar por un tensor (más exactamente un campo tensorial) de la forma:

Donde cada una de las componentes de la matriz anterior, llamada tensor deformación representa una función definida sobre las coordenadas del cuerpo que se obtiene como combinación de derivadas del campo de desplazamientos de los puntos del cuerpo.

Tanto para la deformación unitaria como para el tensor deformación se puede descomponer el valor de la deformación en:

• Deformación plástica o irreversible. Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible.
• Deformación elástica o reversible el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar su estado tensional y aumentar su energía interna en forma de energía potencial elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles.

Comúnmente se entiende por materiales elásticos, aquellos que sufren grandes elongaciones cuando se les aplica una fuerza, como la goma elástica que puede estirarse sin dificultad recuperando su longitud original una vez que desaparece la carga. Este comportamiento, sin embargo, no es exclusivo de estos materiales, de modo que los metales y aleaciones de aplicación técnica, piedras, hormigones y maderas empleados en construcción y, en general, cualquier material, presenta este comportamiento hasta un cierto valor de la fuerza aplicada; si bien en los casos apuntados las deformaciones son pequeñas, al retirar la carga desaparecen.

Al valor máximo de la fuerza aplicada sobre un objeto para que su deformación sea elástica se le denomina límite elástico y es de gran importancia en el diseño mecánico, ya que en la mayoría de aplicaciones es éste y no el de la rotura, el que se adopta como variable de diseño (particularmente en mecanismos). Una vez superado el límite elástico aparecen deformaciones plásticas (remanentes tras retirar la carga) comprometiendo la funcionalidad de ciertos elementos mecánicos.