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Procesos que utilizan la materia prima en forma de bloque
Son el conjunto de procesos en el que, el
metal que será conformado en una forma determinada, se encuentra inicialmente
dispuesto en forma de bloque. Estos se caracterizan por su drástico cambio de
geometría. Los procesos que se encuentran dentro de este grupo son el laminado, fundición, forjado y extrusión.
Laminado
La laminación es un método de conformada
deformación utilizado para producir productos metálicos alargados de sección transversal
constante.
Este proceso metalúrgico se puede realizar
con varios tipos de máquinas. La elección de la máquina más adecuada va en
función del tipo de lámina que se desea obtener (espesor y longitud) y de
la naturaleza y características del metal. Este es un proceso en el cual se
reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos rotatorios.
Los rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales
como láminas o cintas. También pueden estar ranurados o grabados sobre una
superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar patrones en relieve.
Este proceso de deformación puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en
frío.
Tipos de Laminado:
Durante el desarrollo del proceso de
laminación se deben tener en cuenta dos tipos de procesos: laminación en
caliente y laminación en frio.
Laminación en Caliente:
El proceso de laminado en caliente se utiliza
para estructuras de colada, o fundición comúnmente dendrítica, la cual incluye
granos grandes y no uniformes, por lo cual la estructura es más frágil y
contiene porosidades. De tal manera la laminación en caliente se debe realizar
a una temperatura mayor a la temperatura de recristalización del metal;
permitiendo transformar la estructura colada en una estructura laminada, la
cual va a tener granos más finos y una mayor ductilidad, resultando ambas de
los límites de los granos frágiles y el cierre de los defectos especialmente de
la porosidad. El proceso de laminado en caliente se lleva a cabo para aleaciones
de aluminio y para aceros aleados. Se manejan temperaturas entre 0.3 y 0.5
veces la temperatura de fusión, lo que corresponde a la temperatura de recristalización.
Comúnmente los primeros producto de laminado en caliente, son la palanquilla y
el planchón. El primer producto es muy utilizado para la formación de vigas en
forma de I y rieles de ferrocarril, en el caso de utilizar tochos, en cambio
para la formación de placas y láminas se utilizan los planchones. En el proceso
de laminado en caliente tanto para palanquillas como para planchones la
superficie tiene que ser mejorada, por la presencia de calamina, la cual puede
ser eliminada por ataque químico, esmerilado grueso para dar suavidad a la
superficie, o chorro de arena y de tal manera pasar a ser laminada.
Laminado en Frío:
El proceso de laminado en frío se lleva a cabo
a temperatura ambiente. A diferencia del proceso de laminación en caliente,
produce láminas y tiras con un acabado superficial mejor debido a que no hay
presencia de calamina. Además se tienen mejores tolerancias dimensionales y
mejores propiedades mecánicas debidas al endurecimiento por deformación.
Fundición
Consiste
en el llenado con metal fundido de un recipiente (molde) que presenta un hueco
cuya forma y dimensiones son análogas a las de la pieza que se desea obtener.
Con este
procedimiento pueden obtenerse piezas de formas muy complicadas. Es necesario
utilizar metales muy fluidos que llenen bien los huecos del molde.
Forjado
Involucra la aplicación de esfuerzos de
compresión que exceden el esfuerzo de fluencia del metal. El esfuerzo puede ser
aplicado rápida o lentamente. El proceso puede realizarse en frío o en
caliente, la selección de temperatura es decidida por factores como la facilidad
y costo que involucre la deformación, la producción de piezas con ciertas
características mecánicas o de acabado superficial es un factor de menor
importancia. Más del 90% de los procesos de forjado son en caliente. El forjado
por impacto, puede realizarse de 3 maneras diferentes.
Procedimientos de Forjado
Existen dos clases de procedimientos de
forjado forjado por impacto y forjado por presión.
Forjado por
Presión:
El tipo de forjado donde se involucra la
aplicación gradual de presión para lograr la cadencia del metal. Este tipo de
forjado se usa a nivel industrial y utiliza maquinaria tipo prensa hidráulica.
Forjado por
Impacto:
Es el tipo de forjado donde la carga es
aplicada por impacto y la deformación tiene lugar en un corto tiempo. Existen a
su vez, dos diferentes formas de forjado por impacto
Forjado de
Herrero:
Este es indudablemente el más antiguo tipo de
forjado, pero en la actualidad es relativamente poco común. La fuerza de
impacto para la deformación es aplicada manualmente por el herrero por medio de
un martillo. La pieza de metal es calentada en una fragua y cuando se encuentra
a la temperatura adecuada es colocada en un yunque. El yunque es una masa
pesada de acero con la parte superior plana, una parte en forma de cuerno la
cual está curvada para producir diferentes curvaturas, y un agujero cuadrado en
la parte superior para acomodar varios accesorios del yunque.
Forjado por
Martinete:
Este es el equivalente moderno del forjado de
herrero en donde la fuerza limitada del herrero ha sido reemplazada por un
martillo mecánico o de vapor.
Extrusión
La extrusión es un proceso 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. Ejemplos de este proceso son
secciones huecas, como tubos, y una variedad deformas en la sección
transversal.
Tipos de Extrusión
El proceso de conformado por extrusión
puede dividirse en dos principales tipos: Extrusión directa y Extrusión
indirecta.
Extrusión Directa
La extrusión directa, también conocida como
extrusión delantera, es el proceso más común de extrusión. Éste trabaja
colocando la barra en un recipiente fuertemente reforzado. La barra es empujada
a través del troquel por un tornillo. Hay un dummy block reusable entre el
tornillo y la barra para mantenerlos separados. La mayor desventaja de este
proceso es la fuerza requerida en la extrusión de la barra, es mayor que la
necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza de
fricción introducida por la necesidad de la barra de recorrer
completamente el contenedor. Por eso la mayor fuerza requerida es al comienzo
del proceso y decrece según la barra se va agotando. Al final de la barra la
fuerza aumenta grandemente porque la barra es delgada y el material debe fluir
radialmente para salir del troquel. El final de la barra, llamado tacón final,
no es usado por esta razón.
Extrusión Indirecta
En la extrusión indirecta, también conocida
como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el
troquel está estacionario. El troquel es sostenido en el lugar por un soporte
el cual debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la
extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al moverse la
barra con el contenedor, la fricción es eliminada.
Ventajas:
·
Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de
fricción, permite la extrusión de largas barras.
·
Hay una menor tendencia para la extrusión de
resquebrajarse o quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.
·
El recubrimiento del contenedor durará más
debido al menor uso.
·
La barra es usada más uniformemente tal que los
defectos de la extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos
probables.
Desventajas:
·
Las impurezas y defectos en la superficie de la
barra afectan la superficie de la extrusión. Antes de ser usada, la barra debe
ser limpiada o pulida con un cepillo de alambres.
·
Este proceso no es versátil como la extrusión
directa porque el área de la sección transversal es limitada por el máximo
tamaño del tallo.
Materiales
Las Deformaciones del Material pertenecen
al grupo
de las denominadas lesiones mecánicas. Son consecuencia de procesos
mecánicos, a partir de fuerzas externas o internas que afectan a las
características mecánicas de los elementos constructivos. En el caso de las
deformaciones, son una primera reacción del elemento a una fuerza
externa, al tratar de adaptarse a ella.
La mecánica
de los sólidos deformables estudia el comportamiento
de los cuerpos sólidos deformables ante diferentes tipos de situaciones como la
aplicación de cargas o efectos térmicos. Estos comportamientos, más complejos
que el de los sólidos rígidos, se estudian en mecánica
de sólidos deformables introduciendo los conceptos de deformación y de tensión
mediante sus aplicaciones de deformación. Una aplicación típica de la mecánica
de sólidos deformables es determinar a partir de una cierta geometría
original de sólido y unas fuerzas aplicadas sobre el mismo, si el cuerpo cumple
ciertos requisitos de resistencia
y rigidez. Para resolver ese problema, en general es necesario determinar el
campo de tensiones y el campo de deformaciones del sólido.
Se tiene la siguiente clasificación para
el comportamiento de la deformación de materiales:
Comportamiento Elástico
Se da cuando un sólido se deforma adquiriendo
mayor energía potencial elástica y, por tanto, aumentando su energía interna
sin que se produzcan transformaciones termodinámicas irreversibles. La
característica más importante del comportamiento elástico es que es reversible:
si se suprimen las fuerzas que provocan la deformación el sólido vuelve al estado
inicial de antes de aplicación de las cargas. Dentro del comportamiento
elástico hay varios subtipos:
Elástico Lineal
Isótropo.
Como el de la mayoría de metales
no deformados en frío bajo pequeñas deformaciones.
Elástico Lineal
No-Isótropo.
La madera
es material ortotrópico que es un caso particular de no-isotropía.
Elástico No-Lineal.
Ejemplos de estos materiales elásticos no
lineales son la goma, el caucho
y el hule, también el hormigón o concreto
para esfuerzos de compresión pequeños se comporta de manera no-lineal y
aproximadamente elástica.
Comportamiento Plástico.
Aquí existe irreversibilidad; aunque se
retiren las fuerzas bajo las cuales se produjeron deformaciones elásticas, el
sólido no vuelve exactamente al estado termodinámico y de deformación que tenía
antes de la aplicación de las mismas. A su vez los subtipos son:
Plástico Puro.
Cuando el material "fluye"
libremente a partir de un cierto valor
de tensión.
Plástico con Endurecimiento.
Cuando para que el material acumule
deformación plástica es necesario ir aumentando la tensión.
Plástico con Ablandamiento.
Comportamiento Viscoso.
Que se produce cuando la velocidad
de deformación entra en la ecuación constitutiva, típicamente para deformar con
mayor velocidad de deformación es necesario aplicar más tensión que para
obtener la misma deformación con menor velocidad de deformación pero aplicada
más tiempo.
Aquí se pueden distinguir los siguientes modelos:
Visco-Elástico.
En que las deformaciones elásticas son
reversibles. Para velocidades de deformaciones arbitrariamente pequeñas este modelo
tiende a un modelo de comportamiento elástico.
Visco-Plástico.
Que incluye tanto el desfasaje entre
tensión y deformación por efecto de la viscosidad
como la posible aparición de deformaciones plásticas irreversibles.
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