Fundamentos de Conform Ado Plastico

8/4/2019 Fundamentos de Conform Ado Plastico

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FUNDAMENTOS DE CONFORMADO PLASTICO

INTRODUCCIN

Los metales, los plsticos y los materiales de cermicas se transforman en artculos tiles yproductos de consumo por muchos diferentes medios. Los metales se vacen de manerasdiferentes en moldes para producir formas intrincadas pequeas o partes para mquinas enproduccin en serie. Los metales tambin se laminan entre rodillos, se conforman en piezas y semartillan en matrices o se fuerzan a travs de dados por extrusin para hacer formas especiales.Por ejemplo, el hierro y el acero se calientan a temperaturas altas para poder conformarlosfcilmente por forjado (martillado y comprimido). Aunque la forja fue en un tiempo una operacinpara metales en caliente, en la actualidad se practica el forjado en fro an con el acero. Atemperaturas intermedias se puede producir un material metalrgicamente superior para algunosfines. Por ejemplo, en la conformacin a calor medio, los materiales tenaces como el acero SAE52100 se manufacturan por rutina en partes de alta calidad con los ms bajos costos deproduccin de la conformacin en fro.

Gran parte de la manufactura se especializa en el proceso del metal laminado en operaciones detrabajo es fro como troquelado, estampado y conformacin. La fabricacin de utensilios para elhogar, de automviles y de muchos otros productos depende del proceso de lmina metlica.

La maquinaria de toda clase que requiere partes de precisin depende del maquinado y de laindustria de las maquinas herramientas, la cual se podra considerar como la base de lamanufactura moderna. La industria de la herramienta y dados, aunque poco conocida yentendida, es la columna vertebral de la industria moderna.

Todo proceso de manufactura depende prcticamente de los talleres de herramientas y dados en

alguna medida. El estampado, el troquelado, el moldeo por inyeccin y el vaciado por inyeccinson solo algunos de los procesos para los cuales son absolutamente necesarios los servicios delas herramientas y de los dados.

La manufactura de los materiales plsticos y compuestos est creciendo en forma constante y hareemplazado a muchos productos que anteriormente se hacan de metal, cuero y madera.Muchas de estas industrias de manufactura son independientes. Por ejemplo, los moldes parainyeccin de plstico requieren de herramienta especial y procesos especiales de maquinado dedados; la manufactura de la mquina moldeadora es un proceso de mquina herramienta.

MECANISMOS DE LOS TRABAJOS EN FRIO Y EN CALIENTE

La deformacin es nicamente uno de los diversos procesos que pueden usarse para obtenerformas intermedias o finales en el metal. El metal lquido puede vaciarse en moldes para serformado, rociado para formar figuras intermedias o finales, o hecho polvo para ser prensado enmoldes y sinterizado, para producir componentes fuertes. Si bien, cada uno de stos tiene uncampo de aplicacin, el volumen abrumador de metal es formado a partir de un simple lingotevaciado, por una serie de procesos de deformacin. La aplicabilidad y desarrollo de estosprocesos, depende completamente de la plasticidad del metal slido.

El estudio de la plasticidad est comprometido con la relacin entre el flujo del metal y el esfuerzoaplicado. Si sta puede determinarse, entonces las formas mas requeridas pueden realizarse porla aplicacin de fuerzas calculadas en direcciones especficas y a velocidades controladas.

En la prctica, la carga externa se aplica mediante una herramienta y su forma controla ladireccin de aplicacin necesaria para obtener el flujo deseado. El tipo de la herramienta puede


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usarse para clasificar las diferentes categoras de los procesos de deformacin. Los procesosindustriales comunes se agrupan es seis categoras; embutido profundo o prensado, laminado,forjado, estirado, extruido y estirado de alambre (trefilado). Hay otros procesos de trabajo, comoforja con rodillos, formado por atomizado, etc., pero stos todava no son de gran insignificanciaindustrial.

EMBUTIDO PROFUNDO Y PRENSADO

El embutido profundo es una extensin del prensado en la que a un tejo de metal, se le da unatercera dimensin considerable despus de fluir a travs de un dado (Fig. 1). El prensado simplese lleva a cabo presionando un trozo de metal entre un punzn y una matriz, as como al indentarun blanco y dar al producto una medida rgida. Latas para alimentos y botes para bebidas, sonlos ejemplos ms comunes:

Figura 1 - Embutido

Como se ver mas adelante, este proceso puede llevarse a cabo nicamente en fro. Cualquierintento de estirado en caliente, produce en el metal un cuello y la ruptura. El anillo de presin enla Fig. 4, evita que el blanco se levante de la superficie del dado, dando arrugas radiales opliegues que tienden a formarse en el metal fluyendo hacia el interior desde la periferia del orificiodel dado.

LAMINADO

Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasndolo entre un par derodillos rotatorios (Fig. 2). Los rodillos son generalmente cilndricos y producen productos planostales como lminas o cintas. Tambin pueden estar ranurados o grabados sobre una superficie afin de cambiar el perfil, as como estampar patrones en relieve. Este proceso de deformacin

puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en fro:

Figura 2 - Laminado


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El trabajo en caliente es usado muy ampliamente porque es posible realizar un cambio en formarpida y barata. El laminado en fro se lleva a cabo por razones especiales, tales como laproduccin de buenas superficies de acabado o propiedades mecnicas especiales. Se laminams metal que el total tratado pro todos los otros procesos.

FORJADO

En el caso ms simple, el metal es comprimido entre martillo y un yunque y la forma final seobtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre golpe y golpe. Para produccin en masa y elformado de secciones grandes, el martillo es sustituido por un martinete o dado deslizante en unbastidor e impulsado por una potencia mecnica, hidrulica o vapor.

Un dispositivo utiliza directamente el empuje hacia abajo que resulta de la explosin en la cabezade un cilindro sobre un pistn mvil. Los dados que han sustituido al martillo y al yunque puedenvariar desde un par de herramientas de cara plana (Fig. 3), hasta ejemplares que tiene cavidadesapareadas capaces de ser usadas para producir las domas ms complejas:

Figura 3 - Forjado

Si bien, el forjado puede realizarse ya sea con el metal caliente o fro, el elevado gasto de

potencia y desgaste en los dados, as como la relativamente pequea amplitud de deformacinposible, limita las aplicaciones del forjado en fro. Un ejemplo es el acuado, donde los metalessuperficiales son impartidos a una pieza de metal por forjado en fro. El forjado en caliente seest utilizando cada vez ms como un medio para eliminar uniones y por las estructurasparticularmente apropiadas u propiedades que puede ser conferidas al producto final. Es elmtodo de formado de metal ms antiguo y hay muchos ejemplos que se remontan hasta 1000aos A. C.

ESTIRADO

Este es esencialmente un proceso para la produccin de formas en hojas de metal. Las hojas se

estiran sobre hormas conformadas en donde se deforman plsticamente hasta asumir los perfilesrequeridos (Fig. 4). Es un proceso de trabajo en fro y es generalmente el menos usado de todoslos procesos de trabajo:

Figura 4 - Estirado


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EXTRUSION

En este proceso un cilindro o trozo de metal es forzado a travs de un orificio por medio de unmbolo, por tal efecto, el metal estirado y extrudo tiene una seccin transversal, igual a la delorificio del dado.

Hay dos tipos de extrusin, extrusin directa y extrusin indirecta o invertida. En el primer caso,el mbolo y el dado estn en los extremos opuestos del cilindro y el material es empujado contray a travs del dado. En la extrusin indirecta el dado es sujetado en el extremo de un mbolohueco y es forzado contra el cilindro, de manera que el metal es extrudo hacia atrs, a travs deldado:

Figura 5 - Proceso de Hooker de impacto para tubos

La extrusin puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en fro, pero es predominantemente unproceso de trabajo en caliente. La nica excepcin a esto es la extrusin por impacto, en la cualel aluminio o trozos de plomo son extruidos por un rpido golpe para obtener productos como lostubos de pasta de dientes. En todos los procesos de extrusin hay una relacin crtica entre lasdimensiones del cilindro y las de la cavidad del contenedor, especialmente en la seccin

transversal. Un ejemplo del proceso de extrusin por impacto, se da en la Fig. 5.

TREFILADO

Una varilla de metal se aguza en uno de sus extremos y luego estirada a travs del orificio cnicode un dado. La varilla que entra al dado tiene un dimetro mayor y sale con un dimetro menor.En los primeros ejemplos de este proceso, fueron estiradas longitudes cortas manualmente atravs de una serie de agujeros de tamao decreciente en una "placa de estirado" de hierrocolado o de acero forjado. En las instalaciones modernas, grandes longitudes son estiradascontinuamente a travs de una serie de dados usando un nmero de poleas mecnicamenteguiadas, que pueden producir muy grandes cantidades de alambre, de grandes longitudes a alta

velocidad, usando muy poca fuerza humana. Usando la forma de orificio apropiada, es posibleestirar una variedad de formas tales como valos, cuadrados, hexgonos, etc., mediante esteproceso.


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LAMINADO

Este es un proceso de compresin indirecta. Normalmente la nica fuerza o esfuerzo aplicado esla presin radial de los rodillos laminadores. Esto deforma el metal y lo jala a travs de la holgurade los rodillos. El proceso puede ser comparable a la compresin en el forjado pero difiere en dosaspectos; la compresin se efecta entre un par de platinas con diferentes inclinaciones entreuna y otra, y que el proceso es continuo:

Figura 6 - Distribucin de fuerzas de el Forjado y Laminado

El laminado es el proceso de deformacin que ms ampliamente se usa y por la razn de queexisten muchas versiones el proceso tiene su propia clasificacin. Esta puede ser de acuerdo alarreglo de los rodillos en el bastidor en el molino o de acuerdo con el arreglo de los bastidores ensecuencia.

Los molinos de laminacin se clasifican de acuerdo a la Fig. 7. El molino de dos rodillos fue elprimero y el ms simple pero su capacidad de produccin tiende a ser baja debido al tiempo quese pierde al tener que regresar el metal al frente del tren o molino. Obviamente esto condujo almolino reversible de dos rodillos donde el metal puede ser laminado en ambas direcciones. Este

molino est limitado por la longitud que puede manejar y si la velocidad de laminado se aumenta,el resultado casi es el mismo debido al incremento del tiempo requerido para invertir la rotacinen cada pasada. Lo anterior fija una longitud mxima econmica de alrededor de 10 m:

Figura 7 - Tipos de molinos


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El siguiente obvio desarrollo fue el molino de laminacin de tres rodillos, el cual tena las ventajasde los molinos reversibles de dos rodillos. Estos molinos deben tener, por supuesto, mesaselevables en ambos lados de los rodillos. La holgura en un molino de tres rodillos no puede serajustada entre pasadas, por ello deben cortarse ranuras o canales en la superficie del rodillo paralograr diferentes reducciones. Los tres tipos de molinos de laminacin, tienen la desventaja deque todas las etapas del laminado son efectuadas en la misma superficie del rodillo y la calidadde la superficie del producto tiende a ser baja. Los cambios de rodillo en estos molinos sonrelativamente frecuentes y requieren de tiempo. Es por ello que este tipo de molinos se usa parael laminado primario, donde se requiere un rpido cambio de forma, aun a expensas de la calidadde la superficie.

Los molinos de cuatro rodillos son un tipo especial del molino de dos rodillos, en un intento porreducir la carga de laminado el dimetro del rodillo de trabajo se disminuye.

Existe, sin embargo, el riesgo de que el rodillo se flexione, lo cual se evita soportando lospequeos rodillos de trabajo por rodillos grandes de apoyo. El dimetro de los rodillos de apoyo,no puede ser mayor que 2 a 3 veces el de los rodillos de trabajo, y como el dimetro de los

rodillos de trabajo se disminuye ms y ms (para adecuarse a procesos con cargas de laminadoexcesivamente altas), el tamao de los rodillos de apoyo debe tambin disminuir. Se llega a unpunto en que los rodillos de apoyo en si mismos, comienzan a flexionarse y requieren serapoyados, lo cual da lugar al diseo ms avanzado (el molino mltiple).

La crtica principal al molino tradicional es la tendencia de los rodillos a flexionarse, debido a sudiseo inherente (el principio de la viga) Fig. 8:

Figura 8 Figura 9 - Propuesta de apoyo de Sendzimir

Sendzimir propuso un diseo que eliminaba esta limitacin, basado en el principio del castor,donde el rodillo de trabajo es soportado en toda su cara por un arreglo de rodillos de apoyo Fig. 9.

La fotografa muestra un molino de este tipo que tiene rodillos de trabajo sumamente pequeos(10 mm), el cual puede usarse para procesos en los que se esperan cargas de laminadoextremadamente altas, y los rodillos de trabajo pueden cambiarse con facilidad, Fig. 10. Esteprincipio puede aplicarse a molinos ms grandes y una instalacin para laminar acero inoxidablede 1600 mm de ancho est equipada con rodillos de trabajo de 85 mm de dimetro:


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Figura 10 - Arreglo de rodillos en un molino Sendzimir

Los molinos continuos de laminacin pueden clasificarse de acuerdo al arreglo de los bastidoresde los rodillos o pases. Estos son molinos continuos de laminacin en lnea, y en lnea de frente

con bastidores en circuito cerrado o abierto, Fig. 11:

Figura 11. Clasificacin de molinos de acuerdo con el arreglo de bastidores.


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Los molinos en circuito abierto o cerrado requieren que la pieza de trabajo sea doblada o giradaentre cada bastidor o castillo, y por ello se usan para laminar barras, rieles o secciones. Loasmolinos continuos se usan para placas, tiras u hojas. Todos ellos requieren de una gran inversiny slo se justifican cuando se tiene garantizada una alta demanda del producto.

EFECTOS DE LA CARGA DE LAMINADO

Es esencial en los procesos de deformacin de metales que la herramienta est cargada slo enforma elstica mientras la pieza de trabajo fluye plsticamente. Esta deformacin elstica es, porlo general, tan pequea que puede ignorarse, pero ste no es el caso en el laminado. Existen dosrazones. Una es que las cargas y esfuerzos de laminado pueden ser muy grandes,especialmente cuando la pieza de trabajo es delgada y endurecida por trabajo. La otra es que laherramienta en el laminado comprime todo el molino rodillo y carcaza que tiene dimensionesmedibles en metros. Esta combinacin puede resultar en grandes deformaciones debidas a ladeformacin elstica dividida entre la extensin del bastidor del molino (resorteo del molino), y elaplastamiento y flexionamiento de los rodillos.

APLASTAMIENTO DE LOS RODILLOS

La pieza de trabajo pasando entre un par de rodillos es comprimida por el esfuerzo radialaplicado a ella, pero la reaccin es transferida a la carcaza y a los rodamientos del molino, loscuales tienen una cedencia limitada debido a sus grandes dimensiones. Si se intenta comprimirmateriales delgados y duros, la reaccin se vuelve tan grande que los rodillos se deformanelsticamente y el radio de curvatura del arco de contacto es aumentado, Fig. 12. La extensinde este aplastamiento depende de la magnitud del esfuerzo de reaccin y de las constanteselsticas de los rodillos:

Figura 12 - Reaccin del metal ocasionando aplastamiento en los rodillos.

FLEXIONADO O COMBADURA DE RODILLOS

Los molinos del tipo de cuatro rodillos, agrupado o Sendzimir han sido desarrollados conintencin de eliminar la flexin de los rodillos, ya que cualquier deflexin da lugar a que el metalproducido sea ms grueso en su centro que en sus orillas.

Mientras que esto sea posible, tal forma resultar en un producto fuera de tolerancia de calibre, elproblema mayor es la prdida de forma. El metal se alarga ms en sus orillas que en su lnea decentro, resultando en diferentes longitudes a travs del ancho, como se muestra en la Fig. 13:


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Figura 13 - Flexin del rodillo

Esto slo puede ser acomodado por plegado o arrugado con la consecuente prdida deplanicidad. Una vez que la tira de metal ha perdido su forma de esta manera, nunca puede

recuperarla y debe ser desechada.

Los intentos para evitar o limitar el flexionado de los rodillos involucran entre otros la disminucinde la carga de laminado. Esto ha dado lugar a rodillos de trabajo pequeos y a molinos de cuatrorodillos. Pero aun con este tipo de molinos ocurre cierta flexin y sta es arreglada abombandolos rodillos, es decir, dndoles forma de barril.

La carga de laminado todava flexiona los rodillos, pero el perfil adyacente al material que se estlaminando est recto. Debe notarse, sin embargo, que slo existe un valor de la carta delaminado que produce este perfil plano, Fig. 14:

Figura 14 - Perfil del rodillo superior y efecto de la carga de laminado

Con el laminado continuo de varios bastidores, la tensin entre cada bastidor se ajusta paramantener la carga de laminado en un valor constante y as lograr una superficie plana. Este es un

aspecto importante del control de la forma en laminado de tiras.

Un desarrollo reciente ha sido la introduccin de gatos hidrulicos en los cuellos de los rodillos,de este modo se altera la combadura de los rodillos mediante una flexin a los mismos. A lafecha los resultados indican que este mtodo tendr mucho xito en el control de la forma de lastiras.

Todos los mtodos descritos hasta ahora involucran el laminado continuo donde puedeemplearse tensin entre bastidores o al principio o final del molino continuo. En el laminado dehojas individuales esta tcnica para controlar la carga de laminado no puede usarse y, por tanto,el problema de controlar la forma se ataca de otra manera. Cook y Parker, en 1953 proyectaronuna tcnica para calcular secuencias de laminado racionales, es decir, una secuencia depasadas en los rodillos que para un metal dado, produciran la misma carga de laminado en cadapasada.


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RESORTEO DEL MOLINO O DISTORSIN PLSTICA

A la reaccin de la carga de laminado se le llama fuerza de separacin de rodillos y si stos noestuvieran sujetos en el cabezal del molino, tenderan a separarse y la reduccin del metal nosera posible. El rodillo superior empuja hacia arriba la parte superior del cabezal, mientras que elrodillo inferior empuja hacia abajo la base del mismo cabezal. En tal virtud, el cabezal est sujetoa esfuerzos de tensin, los cuales obviamente son menores que el esfuerzo de cedencia delacero fundido conque normalmente se construyen, pero existe una deformacin elstica quepuede ser medida. Su magnitud depende de a) la carga de laminado, b) la seccin transversaldel cabezal, y c) de la altura del cabezal. Si la extensin de esta deformacin es pequea, sedice que el molino es rgido o duro, mientras que si es grande, se dice que el molino es suave oelstico. Esta deformacin del cabezal obviamente afectar el calibre del metal producido. Porejemplo, si la holgura del molino se fija a 3 mm antes de alimentar el material a ser laminado, laentrada del metal provee la fuerza que origina que el cabezal se estire y que la holgura seincremente a digamos, 3.05 mm. El metal producido ser de 3.05 mm de espesor en lugar de3.00 mm. Al ajuste de los rodillos antes de que entre el metal se le llama holgura pasiva de losrodillos, mientras que a la holgura real producida cuando pasa el metal a travs de ella, se le

llama holgura activa de los rodillos. Es importante conocer la relacin entre las holguras pasiva yactiva. Esta relacin se denomina mdulo del molino.

CONTROL AUTOMATICO DEL CALIBRE

El calibre de una pieza laminada de metal puede variar a todo su ancho o a toda su longitud.Normalmente la variacin a travs del ancho est asociada con el control de la forma. Lavariacin a travs de la longitud se asocia con el control de calibre, el cual se ha transformado enun factor de primera importancia en el laminado moderno de tiras. Las demandas de loscompradores de tolerancia cada vez ms cerrada en calibre, coincide con las siempre enaumento velocidades del molino, y para evitar la produccin de grandes cantidades de material"fuera de calibre", los molinos de tiras modernos invariablemente incluyen un control automtico

de calibre. Este equipo corrige el molino siempre que se est produciendo material "fuera decalibre". Puesto que las correcciones no pueden aplicarse hasta que el material fuera de calibreha pasado a travs de dispositivos sensores, una proporcin de tal material est siemprepresente en el producto. Este es un sistema correctivo; un sistema mucho mejor sera unobasado en la anticipacin, colocando sensores antes del molino y usando las seales para variarla holgura de tal manera que se produjera material "en calibre" todo el tiempo. En la prctica noha sido posible implementar tal sistema, ya que todos los parmetros del metal que puedenafectar la holgura activa de los rodillos, deben ser continuamente monitoreados e interpretados.Estos incluyen: esfuerzo de cedencia, calibre a la entrada, ancho, condicin de la superficie, ylograr esto en tiras que se mueven a velocidades de hasta 50 m/s es impracticable por elmomento. Debido a lo anterior el sistema correctivo an se usa, con su desventaja inherente deproducir siempre algo de material fuera de calibre, pero tiene la ventaja prctica de quesolamente un parmetro, es decir, el calibre de salida necesita ser monitoreado.

Los primeros sistemas de calibre automtico usaban radiacin y y para medir el espesor. Estoseran colocados a una distancia de la salida del molino y los valores instantneos del calibre eranalimentados a un dispositivo el cual ajustaba los tornillos del molino, corrigindose de este modola holgura de los rodillos. Esta tcnica, sin embargo, padeca de una limitacin llamada Velocidadde Retardacin.

Considrese la Fig. 15, el calibre es monitoreado en B el cual en este caso est a una distanciade la salida del molino A. Si el material en B es muy grueso, la seal origina que el sistema decontrol empiece a cerrar la holgura. Cuando la holgura est en el valor correcto, la seal desde B

es todava de producto grueso y el cierre continuar "sobrepasando" el ajuste correcto. Conformeel material delgado pasa desde A a B, el proceso comienza a invertirse y ocasiona un


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"seguimiento" en el sistema de control. Esto puede subsanarse insertando un dispositivoelectrnico de retardamiento de manera que el ajuste del tornillo se efecte en bloques de tiempoen lugar de continuamente:

Figura 15 - Esquema general del control automtico del calibre

Aun con esta tcnica, grandes cantidades de material fuera de calibre pueden producirse.Mientras ms cerca est el monitor de la holgura de los rodillos, menor ser el efecto Velocidad -Retardacin, y en los molinos modernos el fenmeno ha sido eliminado usando cambios en lasdimensiones del cabezal, las cuales estn relacionadas con los cambios en la holgura de losrodillos. La Asociacin Britnica de Investigacin del Hierro y el Acero fue pionera en el uso demedidores de deformacin por resistencia para la medicin de la fuerza de separacin de rodillos.Las seales obtenidas de tales dispositivos se han usado para activar arietes hidrulicos o

motores para bajar los tornillos para ajustar la holgura. Estas tcnicas son llamadas mtodos decontrol S o SD. En el mtodo T la tensin del enrollador se mide y su ajuste se usa para controlarla forma o el calibre.

CONTROL AUTOMTICO DE CALIBRE - MTODO T (CA C - T)7

Si uno de los parmetros de las tiras que entran a un molino aumenta, la carga para llevar a cabola deformacin aumenta. Esto a su vez, causar un incremento en la fuerza de separacin de losrodillos y en la holgura activa de los mismos. La tira que sale del molino en consecuencia serms gruesa y posiblemente "fuera de calibre". La correccin puede lograrse si se reduce la cargaen los rodillos a su valor original, ya que esto origina que la holgura activa de los rodillos retorne

a su magnitud anterior. Una manera de lograr esto es alterando la tensin trasera o de entradasobre la tira -si sta se incrementa, como se explic con anterioridad, el esfuerzo requerido paradeformar el metal disminuir y, por tanto, la carga de laminado tambin. Este es el principio delCAC-T. La carga de laminado es monitoreado continuamente por medidores de deformacin, yasean colocados en el cabezal del molino o entre los elevadores de tornillos y los rodamientos delos rodillos. Las variaciones en la fuerza de separacin de los rodillos y, por tanto, en la holguraactiva de los rodillos, son instantneamente detectadas y las correcciones se aplicanrpidamente en respuesta a seales elctricas.

Este mtodo tiene varias desventajas. No puede usarse en laminado en caliente e impide el usode tensin entre bastidores como medio para el control de la forma, Los molinos de laminacinmodernos no usan CAC-T y utilizan variaciones de la tensin entre bastidores para el control de

la forma.


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CONTROL AUTOMTICO DE CALIBRE-MTODO SD (CAC-SD)8

El principio de este mtodo se resume en la Fig. 16. Con material con calibre a la entrada Go, yel molino ajustado a una holgura pasiva Ga, una carga de laminado L1, se genera para dar uncalibre de salida Gp. Si el calibre de entrada se incrementa a Go la holgura activa de los rodillosaumenta a Gp, y probablemente se producirn tiras fuera de calibre, debido al hecho de que lacarga de laminado ha aumentado a L2. Para corregir esto la holgura pasiva de los rodillos debecerrarse a Ga incrementndose con esto la carga de laminado a 1-3. (Ntese la diferencia entreel mtodo CAC-T y el CAC-SI) en que en el primero la correccin se logra reduciendo la carga delaminado, mientras que en el segundo la carga de laminado es aumentada.):

Figura 16 - Control automtico de calibre - mtodo sd (cac - sd)

CONTROL AUTOMTICO DE CALIBRE-MTODO S (CAC-S)9

Este es un intento para solucionar las dos mayores desventajas del mtodo CAC-SD; el desgasteque ocurre en los tornillos y unidades del molino y la alta inercia de los grandes y pesadostornillos del molino. La tcnica fue descrita por Sims y Slackg y est basada exactamente en losmismos principios del mtodo CAC-SD, excepto que la holgura pasiva de los rodillos se controlapor medio de arietes hidrulicos, los cuales se colocan alrededor de los tornillos y tienen poca oninguna inercia y sin problemas de desgaste.

FORJADO

El forjado fue el primero de los procesos del tipo de compresin indirecta y es probablemente el

mtodo ms antiguo de formado de metales. Involucra la aplicacin de esfuerzos de compresinque exceden el esfuerzo de fluencia del metal. El esfuerzo puede ser aplicado rpida olentamente. El proceso puede realizarse en fro o en caliente, la seleccin de temperatura esdecidida por factores como la facilidad y costo que involucre la deformacin, la produccin depiezas con ciertas caractersticas mecnicas o de acabado superficial es un factor de menorimportancia.

Existen dos clases de procedimientos de forjado: forjado por impacto y forjado por presin. En elprimero, la carga es aplicada por impacto y la deformacin tiene lugar en un corto tiempo. Porotra parte, en el forjado por presin, se involucra la aplicacin gradual de presin para lograr lacedencia del metal. El tiempo de aplicacin es relativamente largo. Ms del 90% de los procesosde forjado son en caliente.

El forjado por impacto a su vez puede ser dividido en tres tipos:


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a) Forjado de herrero.

b) Forjado con martinete.

c) Forjado por recalcado.

FORJADO DE HERRERO

Este es indudablemente el ms antiguo tipo de forjado, pero en la actualidad es relativamentepoco comn. La fuerza de impacto para la deformacin es aplicada manualmente por el herreropor medio de un martillo. La pieza de metal es calentada en una fragua y cuando se encuentra ala temperatura adecuada es colocada en un yunque. El yunque es una masa pesada de acerocon la parte superior plana, una parte en forma de cuerno la cual est curvada para producirdiferentes curvaturas, y un agujero cuadrado en la parte superior para acomodar variosaccesorios del yunque. Mientras est siendo martillado el metal, ste se sujeta con unas tenazasapropiadas. Algunas veces se usan formadores, stos tienen asas o mangos y el herrero los fijaa la pieza de trabajo mientras el otro extremo es golpeado con un marro por un ayudante. Las

superficies de los formadores tienen diferentes formas y son usados para conferir estas formas alas forjas. Un tipo de formador llamado copador, tiene un borde bien redondeado en forma decincel y se usa para estirar o extender la pieza que se trabaja. Un copador concentra el golpe yorigina que el metal se alargue ms rpidamente que como puede hacerse usando la superficieplana del martillo. Los copadores tambin son hechos como accesorios del yunque de maneraque el metal es estirado usando copadores en la parte superior e inferior. En el agujero cuadradodel yunque pueden colocarse accesorios de varias formas. Los cinceles de trabajo son usadospara cortar el metal, se usan punzonadores y un bloque con barreno de tamao adecuado paralograr barrenos. La soldadura puede hacerse dando forma a las superficies a ser unidas,calentando las dos piezas y agregando fundente a la superficie para eliminar la escoria eimpurezas. Posteriormente las dos piezas son martilladas juntas producindose la soldadura.

Los metales ms fciles de forjar son los aceros al bajo y medio carbono y la mayora de losforjados de herrero estn hechos de estos metales. Los aceros al alto carbono y los aceros conaleaciones son ms difciles de forjar y requieren mucho cuidado. La mayora de los metales noferrosos pueden ser forjados satisfactoriamente.

FORJADO CON MARTINETE

Este es el equivalente moderno del forjado de herrero en donde la fuerza limitada del herrero hasido reemplazada por un martillo mecnico o de vapor. El proceso puede llevarse a cabo enforjado abierto donde el martillo es reemplazado por un mazo y el metal es manipuladomanualmente sobre un yunque.

Figura17 -. Martillo para forja por cada libre.


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La Fig. 17 muestra el martillo de cada libre. La calidad de los productos depende en mucho de lahabilidad del forjador. El forjado abierto se usa extensamente para el proceso de espigado endonde la pieza de trabajo es reducida en tamao por golpes repetidos conforme el metalgradualmente pasa bajo la forja. La manera en que esto se logra se muestra en las Fig. 18 y 19en donde el metal listo para ser deformado est indicado por el rea sombreada, la pieza detrabajo se mueve hacia la derecha:

Figura 18 19 - Espigado

El espigado de una barra prismtica puede usarse para evaluar los parmetros involucrados ycmo son controlados. El objetivo es reducir el espesor de la pieza de trabajo en una secuenciaescalonada de extremo a extremo. Pueden requerirse varias pasadas para completar el trabajo yusualmente se efectuara un canteado para controlar el ancho. La reduccin en el espesor estacompaada por una elongacin y un extendimiento. Las cantidades relativas de elongacin yextendimiento no pueden calcularse tericamente pero han sido determinadasexperimentalmente para aceros suaves. Se encontr que los valores actuales dependen de la

relacin de la longitud de la herramienta a ancho del metal, la cual se denomina relacin deagarre.

FORJADO CON DADO CERRADO EN MARTINETE

La forja con dado cerrado en martinete es ampliamente usada, el mazo y el yunque sonreemplazados por dados. Los dados estn machihembrados para ser fijados en el yunque y en elmazo. Adems tienen una serie de ranuras y cavidades labradas en ellos y la pieza de trabajo sepasa en secuencia, a travs de las series de formado.

La Fig. 20 ilustra el principio de una forja de impacto. La forja masiva es actualmente producidapor el proceso de forja con dado y martinete. La Fig. 20 muestra un ejemplo de los dados usados

para este proceso (el ejemplo muestra un dado de dos estaciones). El nmero de estacionesdepender de la complejidad de la forja:


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Figura 20 - Elementos tpicos de un dado para forja cerrada

Estas estaciones tienen nombres tales como extendido, bloqueado, canteado, doblado y cortado.Donde se involucran varias estaciones, debe tenerse cuidado y asegurarse que el metal no se

enfre demasiado, antes de llegar a la ltima estacin. Para asegurar que la cavidad del dado sellena completamente, el volumen del lingote o trozo inicial es mayor que el de la forja final. Elexceso de metal aparece como "rebaba" en cada etapa, sta es aleta delgada alrededor delpermetro de la forja en la lnea de particin. Esta rebaba es cortada posteriormente en unaprensa, por lo general, a alta temperatura. El peso de la rebaba debe ser un pequeo porcentajedel peso total de las forjas de formas simples, pero puede exceder el peso de las forjas de formacomplicada.

De esta manera, cada tamao y forma de forja requerir un juego independiente de dados deforja y recorte. La tolerancia de produccin para el metal Inicial debe incluir un exceso porejemplo 10 0 2 mm. La sobretolerancia del metal es acomodada por un canal alrededor de lacavidad del dado, que permite la formacin de la aleta referida anteriormente.

FORJADO POR RECALCADO

Este proceso fue desarrollado originalmente para colectar o recalcar metal para formar lascabezas de tornillos. Actualmente el propsito de esta mquina ha sido ampliado para incluir unabasta variedad de forjas. Es esencialmente una prensa de doble accin con movimientoshorizontales en lugar de verticales. La mquina de forja tiene dos acciones. En la primera, undado mvil viaja horizontalmente hacia un dado similar estacionario. Estos dos dados tienenranuras horizontales semicirculares las cuales sujetan las barras. Una barra calentada en unextremo es insertada entre el dado mvil y el estacionario. Mientras est sujeta de esta manera,un extremo de la barra es recalcado o presionado dentro de la cavidad del dado por una

herramienta cabeceadora montada sobre un ariete que se mueve hacia el frente de la mquina.Si se desean cabezas hexagonales, la herramienta cabeceadora recalcar algo del metal dentrode la cavidad de forma hexagonal del dado. Para forjas ms complejas pueden usarse hasta seisdados diferentes y herramientas cabeceadoras a un tiempo, de manera similar a las diferentesestaciones en un dado de forjado por martinete.

FORJADO EN PRENSA

Mientras que el forjado por impacto usualmente involucra una prensa mecnica, por otro lado enel forjado en prensa se requerir de fuerza hidrulica. Las grandes forjas invariablemente sonproducidas en grandes prensas hidrulicas. Estas tienen arietes que se mueven vertical ylentamente hacia abajo, bajo presin considerable. El equipo requerido es, por tanto, muchomayor y la Fig. 21 muestra este tipo de forja:


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Figura 21 - Elementos de una prensa para forja

Una prensa tpica de forja es capaz de cargas del orden de 6000 a 10 000 ton. Forjas de ms de100 ton de peso pueden ser movidas fcilmente en estas prensas forjadoras y los productos dems alta calidad son manufacturados por esta tcnica.

EXTRUSION

Este proceso de compresin indirecta es esencialmente de trabajo en caliente, donde un lingotefundido de forma cilndrica, se coloca dentro de un fuerte contenedor de metal y comprimido pormedio de un mbolo, de manera que sea expulsado a travs del orificio de un dado.

El metal expulsado o extrudo toma la forma del orificio del dado. El proceso puede llevarse acabo por dos mtodos llamados: extrusin directa, donde el mbolo est sobre el lingote en ellado opuesto al dado y el metal es empujado hacia el dado por el movimiento del mbolo Fig. 22(a), o extrusin indirecta, en la cual el dado y el mbolo estn del mismo lado del lingote y el

dado es forzado dentro del lingote, por el movimiento del mbolo:

Figura 22 - Mtodos de Extrusin


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La extrusin es un mtodo relativamente nuevo en la fabricacin de piezas metlicas.Originalmente fue desarrollado para la fabricacin de tubo de plomo por los sistemas victorianosde agua y gas.

Los problemas del material adecuado para el dado, que soporte las temperaturas altas ypresiones requeridas para extruir los metales ms duros y fuertes, no fueron resueltos sino hastabien entrado el siglo XX.

En nuestros das, es posible extruir con xito los siguientes metales y sus aleaciones: Aluminio,Cobre, Plomo y Acero, aunque para este ltimo se requiere una tcnica especial.

PRENSA DE EXTRUSIN DIRECTA

Una prensa tpica para la extrusin de aleaciones de cobre, sera de alrededor de 5000 ton decapacidad de carga en el mbolo, y consistira de una pesada placa de acero recubierta con unaaleacin de acero resistente al calor. Este podra acomodar un lingote de 560 mm de dimetro y1 m de longitud. Ajustado dentro del contenedor mencionado estara un mbolo que tenga un

dimetro menor que el barreno interior del contenedor. El propsito de este claro es doble,minimizar la friccin entre el mbolo y el contenedor y tambin permitir una calavera de metalpara ser dejada despus que el lingote ha sido extruido. La razn para esta calavera de metalser explicada ms adelante. Un cojincillo de presin precalentado se coloca entre el mbolo y ellingote a fin de prevenir el enfriamiento de la cola del lingote caliente desde el mbolo. El dado deextrusin est hecho de acero para herramienta resistente al calor y la forma del orificio junto conel orificio del soporte o paralelo son cuidadosamente preparados por el herramentero de lacaseta de dados:

Figura 23 - Grfica carga - movimiento

El lingote fundido de dimensiones apropiadas a la prensa de extrusin y el producto se calienta ala temperatura de trabajo en caliente. Como una regla aproximada sta es de dos terceras partesde la temperatura de fusin en grados K, por ejemplo, aluminio 600 K, cobre 800 K.

El lingote calentado se coloca en el contenedor, seguido por el cojincillo de presin, caliente. Elmbolo se coloca en el contenedor y se aplica la presin. Cuando se opera, el lingote esrecalcado y comprimido haciendo contacto por todos lados con el contenedor. Entoncesincrementando la presin, el lingote es extruido a travs del orificio del dado. El metal sale deldado y corre sobre una canal. Colocando celdas de carga sobre el mbolo de extrusin, esposible seguir los cambios de la carga durante el ciclo de extrusin como se muestra en la Fig.23.


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La carga se eleva bruscamente, mientras el lingote est siendo recalcado, pero una vez que co-mienza la extrusin la carga desciende. La rapidez de descenso es constante hasta que se haextruido aproximadamente el 85% del lingote, cuando ocurre un paro sbito, seguido de unaelevacin m ' uy rpida hasta alcanzar la capaci-dad de carga de la prensa.

En este punto la extrusin debe detenerse. Esto ocurre mientras an hay alrededor del 5 al 10%del sobrante del lingote y ste debe descartarse. La razn para esta elevacin final de la carga esfcil de explicar, es la misma razn por la que es imposible extruir la ltima pizca de pasta dedientes del tubo. Durante las primeras etapas de la extrusin, Fig. 24 (a), la fuerza aplicada debeprovocar que el metal fluya hacia el dado, a lo largo de una trayectoria diagonal. Al final del ciclode extrusin, la direccin del flujo del metal, llega a ser ms y ms perpendicular a la lnea deaccin de la fuerza aplicada, Fig. 24 (b). Las razones para las otras caractersticas del diagramacarga/movimiento del mbolo, se explicarn ms adelante:

Figura 24 - Esquema del flujo y la fuerza en un proceso de extrusin

Puesto que siempre hay una pequea cantidad de metal remanente, despus que se completa laextrusin, significa que debe prevenirse la remocin del dado y expulsar el descarte.

La extrusin de cable forrado es un interesante ejemplo del proceso de extrusin directa. La Fig.25 muestra una prensa vertical. El metal lquido se vaca en el contenedor, el cual es enfriado porvapor que pasa a travs de unos agujeros cuadrados. Se impulsa el mbolo hacia abajo hastaque hace contacto con el plomo fundido, el cual se deja solidificar antes de aplicar una mayorpresin por el movimiento del mbolo. Esto est sincronizado con el movimiento de izquierda aderecha del cable y el plomo es extruido como un tubo a travs del orificio anular entre el cable yel dado. Puesto que la extrusin se detiene mientras todava hay plomo en el contenedor, lasiguiente adicin de metal lquido causar una fusin parcial, dejando a los xidos flotar en lasuperficie y entonces la resolidificacin da un lingote continuo, listo para el siguiente elemento deextrusin. De esta manera, una longitud continua de forro sin uniones puede ser producido, elcual puede ser de una longitud sin fin:

Figura 25 - Seccin diagramtica a travs del contenedor y dado de bloque de una prensa vertical para cable


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PRENSA DE EXTRUSIN INVERTIDA

El contenedor es similar a aquel del proceso de extrusin directa, excepto, que en lugar de undado y un mbolo, en los lados opuestos del lingote hay un dado y un soporte del dado hueco enun lado del lingote. El soporte hueco del dado toma el lugar del mbolo. Esto debilita toda laprensa y limita el tamao de la seccin que puede ser producida por este proceso.

El diagrama carga/movimiento del mbolo, para esta clase de prensa se muestra en la Fig. 26:

Figura 26 - Grfica carga - movimiento para una prensa vertical

Comparando la Fig. 26 con la Fig. 29, se observa que son muy similares al principio y al final, por

las mismas razones, la diferencia en la seccin media puede considerarse por el hecho de queen la extrusin directa el lingote se mueve hacia el dado, es decir, se desliza a lo largo de lapared del contenedor con lo cual se produce una fuerza de friccin o carga. Esta carga de friccindepende del rea de contacto entre el lingote y el contenedor y puesto que sta es decrecientecuando el mbolo se mueve, de esta manera se hace que la carga de friccin disminuya con elmovimiento del mbolo.

En el caso de la extrusin invertida no hay movimiento relativo entre el lingote y el contenedor y,por tanto, no puede haber fuerza de friccin. Se requiere una carga mxima ms baja cuando seusa extrusin invertida, pero la ventaja de esta carga ms baja no puede ser capitalizada, debidoal hecho, de que como se explic al principio, con extrusin inversa, la mxima reduccin posibleen el proceso es limitada.

DADOS DE EXTRUSION

Los dados de extrusin estn hechos de acero de alta velocidad para herramienta y soncomponentes muy importantes en el proceso de extrusin. Como el material del dado esdemasiado caro, a menudo es hecho en forma de un disco delgado de dimetro mucho mspequeo que el lingote soportado por un dado de refuerzo. El orificio del dado controla la formadel metal extrudo.

Si la abertura del dado consta de un barreno circular y paralelo, es decir, la longitud del soportees igual al espesor del dado, la extrusin ser una varilla circular que requiere una fuerza

considerable para estirarla y tiene una pobre superficie de acabado. La superficie de acabadopuede mejorarse y disminuir la carga, aumentando el dimetro del barreno en el extremo dedescarga:


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Figura 30. (a) Dado; (b) Resultado de la extrusin

En caso de formas complejas, tales como la que se muestra en la Fig. 30 (a), se encontrar queun barreno completamente paralelo, resultar en la produccin de una forma como la Fig. 30 (b).Esto es porque la resistencia a fluir a travs del rea sombreada del dado, es mucho mayor quea travs del residuo.

Figura 31.

Esta resistencia puede reducirse "puliendo" o recortando el dado, de manera que la longitud decontacto con la extrusin sea reducida alrededor de las superficies externas del rea sombreadaen la Fig. 31 (b). Qu longitud de soporte se requiere?, es una cuestin de experiencia, y senecesita un buen diseador de herramienta, para asegurar que el pandeo y torsin de la seccinextruda no ocurra y que el metal no tenga desgarres o filos speros. La Fig. 32 muestra por quse requiere una abertura adicional para asegurar el balance del flujo, cuando se extruye unaforma asimtrica:


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Figura 32. Dado hecho con abertura adicional para balancear el flujo, cuando se extruye una seccin de formaasimtrica.

Un dado mltiple de extrusin puede usarse cuando la carga de extrusin es excesiva para unasola rea pequea de extrusin. Un nmero dado de secciones que pueden ser idnticas o dediferentes formas, pueden extruirse al mismo tiempo, cortando varios orificios como en la Fig. 33.Se acostumbra disponer de orificios idnticos, ya que de otra manera puede surgir el problemadel balanceo del flujo:

Figura 33. Dado de extrusin para produccin mltiple de barras.


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PRODUCCION DE TUBOS EXTRUIDOS

La extrusin es un mtodo ideal de producir tubos sin costura, y el principio del mtodo ya se hautilizado en la extrusin de cable forrado. El cable en el centro del orificio circular del dado, formaun espacio anular a travs del cual el metal extrudo fluye para formar el forro.

Para la produccin de tubos, el cable se reemplaza por un mandril. Hay tres tipos de arreglo, demandril que pueden usarse:

(a) fijo

(b) flotante

(c) perforante

Los tipos (a) y (b) estn fijos al mbolo como se muestra en la Fig. 34 y el lingote debe perforarsede manera que el mandril pueda sobresalir a travs del lingote y tomar su posicin en el orificio

del dado. La tendencia moderna es la de usar el mandril flotante, ms que uno fijo, puesto que lmismo se centra y, por tanto, produce tubos con concentricidad dentro del 1 %:

Figura 34. Tipos de arreglos del mandril.


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Por otro lado, los mandriles fijos producen tubos excntricos a menos que se tenga cuidado, paraperforar con precisin el lingote. Cuando se usa mandril perforador, el lingote es slido y elmandril se retrae dentro del mbolo. Despus que el lingote caliente se coloca dentro delcontenedor, el mandril es empujado dentro del lingote y pasa a travs de l para colocarse en elorificio del dado. Las principales ventajas de este proceso son velocidad y economa, porqueelimina la operacin de perforado por separado y el equipo especial requerido.

Las desventajas son que las prensas requeridas, son mucho ms grandes y mucho ms carasque las del tipo sin perforador. La operacin severa de perforado, algunas veces da abundantesgrietas y desgarres en el agujero del lingote produciendo defectos en el tubo. Por estas razones,el perforado no se lleva a cabo en tubos de aluminio y sus aleaciones, y se usa principalmente enaleaciones de cobre donde no son necesarios buenos acabados superficiales, requeridos enusos hidrulicos y de alta presin. Un desarrollo reciente ha sido la introduccin de dados puente,donde el mandril normal se ha reemplazado por uno ms pequeo, sostenido en posicin en elorificio del dado, por tres brazos delgados de araa, como se muestra en la Fig. 35:

Figura 35

El metal es rebanado por los tres brazos de araa cuando es extrudo, para dar tres segmentosseparados, pero stos son inmediatamente comprimidos por el soporte cnico del dado sinexponerse al aire, por lo que las superficies limpias se sueldan por presin, para formar un tubocompleto. Cuando este proceso fue propuesto inicialmente, los clientes tendan a ser renuentes aaceptar el producto, que era considerado inferior a los tubos sin costura normales. Sin embargo,ahora se acepta que los tubos hechos con dados puente son tan buenos, si no es que superioresa los tubos extrudos normalmente. Esto en particular, es cierto con los productos recindesarrollados; dados puente de tres y cuatro aberturas se muestran en las Figuras. 35 y 36:

Figura 36. Dado puente de cuatro aberturas.


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FLUJO DEL METAL DURANTE LA EXTRUSION

Cada proceso de trabajo involucra la aplicacin de una fuerza o esfuerzo a la superficie del metal,para provocarle un flujo y un cambio de forma. Es importante conocer la relacin entre lasfuerzas aplicadas y las direcciones del flujo, de manera que las formas finales requeridas ypredecibles puedan producirse. El primer intento para estudiar el flujo del metal fue hecho porSiebel quien taladr agujeros verticales en una placa de hierro forjado y luego los obtur conpernos de hierro forjado. Esta placa se calent y se pas parcialmente por una parte de latrayectoria entre los rodillos de un molino de laminacin. La pieza fue removida y seccionadalongitudinalmente para exponer los pernos como aparecen en la Fig. 37:

Figura 37. Estirado de alambre.

Siebel argumentaba que con esta tcnica era posible eslabonar en una muestra el metal quehaba sido deformado, con el metal que estaba sometido a deformacin en el lmite de la pasadadel rodillo. Un examen de la seccin muestra que la deformacin empieza en la superficie, por undeslizamiento hacia adelante y que es necesaria cierta reduccin mnima antes que el efectohaya penetrado hasta el centro. Tambin puede ser visto que para una reduccin dada en elespesor, el patrn de deformacin permanece constante, hasta que la deformacin es completa.A este tipo de patrn de deformacin se le llama casi esttico y es independiente del tiempo deduracin del ciclo de deformacin. Los conocimientos ganados con el experimento de Siebel,tomaron en cuenta el tipo de extremos del producto producido, esto es, las puntas y colas deltubo, que en la prctica requieren recortarse. Los defectos y mtodos de mejoramiento del flujodel metal tambin pudieron ser considerados y en consecuencia, la calidad del producto fuesugerida. Desde esta investigacin inicial de Siebel, el flujo del metal se ha investigado en todoslos procesos de deformacin, usando tcnicas ms sofisticadas y los resultados de ambasdeformaciones, cualitativas y cuantitativas. La extrusin probablemente ha sido el proceso quems se ha investigado y Pearson ha hecho la ms grande contribucin al conocimiento del flujodel metal. El mayor problema cuando el flujo de metal se examina en la extrusin, es el hecho deque el patrn del flujo se altera con el tiempo, durante el ciclo de deformacin. La tcnica simple

usada por Siebel en el laminado, no puede, por tanto, usarse en la extrusin y se requiere unainvestigacin ms detallada.

En principio, la mejor tcnica sera hacer una pelcula del patrn de deformacin durante todo elciclo. Esta entonces podra proyectarse en cmara lenta de manera que el patrn de deformacinpudiera ser seguido por todo el ciclo. Esta tcnica an no se ha usado en gran escala, peroofrece posibilidades para el futuro.

Es importante que el mtodo de investigacin no tenga influencia sobre el patrn de flujo. Siebelreconoci esto cuando obtur los agujeros con el mismo material de la placa, es decir, hierroforjado. El hecho de que los pernos se aflojaran demostr que su premisa no era vlida, ya que lapresencia de los agujeros aun cuando rellenados, de hecho influyeron en el patrn de flujo. Sin

embargo, al investigarse el flujo en la extrusin, puede aprovecharse el hecho de que debido aque el patrn de flujo es simtrico axialmente, no pueden existir esfuerzos de corte en planos


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longitudinalmente axiales. En otras palabras, si un lingote se corta longitudinalmente por la mitady las dos mitades se colocan juntas y extrudas a travs de un dado, que est colocadoaxialmente, el hecho de que el lingote est cortado, no afectar el flujo. Por otro lado, si el dadose coloca asimtricamente, entonces es obvio que el lingote cortado, fluir en forma diferente aotro que no est cortado, como se muestra en la Fig. 38:

Figura 38

Pearson obtuvo una considerable cantidad de informacin, extruyendo un lingote cilndrico deestao que haba sido cortado en mitades a lo largo del eje y rayadas con un patrn regular derejilla, sobre las interfaces planas y amarradas juntas con alambre. La extrusin fue fcilmenteseparada a lo largo del plano axial y la deformacin cuantitativamente impuesta desde el lmitede distorsin de la rejilla. El identific tres patrones bsicos: A, B y C, asociados con tresmaneras de deformacin, ms tarde atribuidas a diferencias de friccin entre el lingote y las

paredes de la cmara de extrusin. En el patrn de flujo tipo A, no hay friccin entre el lingote y elcontenedor y el metal se desliza hacia la regin del dado, sin deformacin a todo lo largo. Esto sedemuestra por el hecho de que las lneas horizontales del patrn de la rejilla permanecen ashasta que llegan a la vecindad del dado. Cerca del dado, el lado exterior del lingote es detenidopor los hombros del contenedor mientras que la regin central fluye fcilmente dentro del dado.Esto produce la desviacin de las lneas horizontales. El grado de desviacin aumenta cuando lacola del lingote se acerca al dado. Esto es importante para el extremo final del tubo, lo cualocurre siempre en los metales extrudos por la disminucin en la carga de extrusin durante losltimos pasos del ciclo, justamente antes de la rpida elevacin final. El patrn de flujo tipo A estpico del proceso de extrusin indirecta, cuando el dado es empujado dentro del lingote y no haymovimiento relativo entre ste y el contenedor.

En el patrn de flujo tipo B, hay una cierta cantidad de friccin entre el lingote y el contenedor yesto tiende a retener el metal hacia atrs, cuando se est moviendo hacia el dado. Esto provocadesviacin al principio de la etapa, antes que el metal alcance la vecindad del dado. Al principiodel ciclo, las desviaciones son mucho ms severas y un ducto ms profundo se forma en el metal.El tipo C, muestra el patrn de flujo cuando hay friccin adhesiva entre el lingote y el contenedor.La zona muerta del metal, la cual se forma en los hombros del dado, crece muy rpidamente y seextiende hacia atrs del mbolo. El flujo ocurre por corte a lo largo de un plano que est bajo lasuperficie, tomado de un trabajo sobre la extrusin de aluminio, por C. Smith.

Mientras que el patrn de flujo tipo A es tpico de la extrusin indirecta, el tipo C es tpico de laextrusin directa de los metales duros, tales como el cobre y el aluminio. Este patrn de extrusin

tipo C da lugar a dos clases de defectos. El primero es "defecto de extrusin", esto ocurre porqueel flujo se realiza por corte bajo la superficie, el metal ms exterior est inmvil y es sacado por elmbolo con una accin similar a la de un removedor de nieve (ver Fig. 39):


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Figura 39. Defecto de extrusin.

El metal de la zona muerta A no fluye, Fig. 39 (a). El mbolo saca el metal inmvil, Fig. 39 (b), elcual entonces puede empezar a fluir a lo largo de C dentro de la regin central del lingote.Desafortunadamente el metal de la zona muerta A contiene material oxidado en la superficie ycuando ste entra a la extrusin produce el "defecto de extrusin", que vuelve al materialinaceptable. Una forma de evitar que ocurra este defecto, es usar un cojn de presin entre elmbolo y el lingote, que es de dimetro menor al del lingote [ver Fig. 25 (a)]. Este deja unacalavera delgada sobre la pared de la cmara que incluye el metal oxidado de la superficie.

La segunda clase de defecto introducida por el patrn de flujo tipo C, es el 'agrietamiento deabeto". Puesto que el flujo tiene lugar por corte bajo la superficie, la deformacin y lasvelocidades de deformacin en la regin de corte, ambas deben ser muy altas.

Esto puede producir condiciones de deformacin adiabtica y la elevacin de temperatura

resultante puede exceder la temperatura de solidificacin del metal produciendo fusin incipiente.

El metal extrudo no tiene ductilidad y la eyeccin desde el dado se realiza con estallidosespordicos para dar la muy caracterstica apariencia de abeto. Esto tiende a ocurrir en aquellasaleaciones de aluminio, donde la diferencia entre la temperatura mnima para trabajo en calientey la temperatura de solidificacin es pequea.

Figura 40. Aumento de los grandes granos perifricos.


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El intento para evitar la fusin incipiente por el uso de velocidades ms bajas del mbolo puedeconducir al problema de grandes granos perifricos (Fig. 40). Esto ocurre si el lado exterior dellingote es enfriado abajo de la temperatura de recristalizacin, por el contacto con la pared delcontenedor ms fra. Despus de la extrusin, el calor fluye desde el centro de la pieza extruda alas capas exteriores, elevndose desde abajo hasta arriba de la temperatura de recristalizacin.Por las condiciones especiales de extrusin de estas capas, la cantidad de trabajo en fro que seha efectuado, es aquella cantidad crtica que resulta en la produccin de granos extremadamentegrandes en la recristalizacin. Este material de grano grande tiene tan baja ductilidad que otravez es inaceptable. C.S. Smith investig el problema de la extrusin de tales aleaciones dealuminio y encontr que debe ser ejercido conjuntamente un control muy estrecho sobre latemperatura de extrusin y la velocidad del mbolo para producir un material aceptable.

El patrn de flujo en la extrusin es muy complejo y est cambiando continuamente durante todoel ciclo. Sin embargo, mucho trabajo se ha llevado a cabo para entender y explicar tales patrones,y del conocimiento obtenido los defectos de extrusin se han estudiado y mtodos paraminimizarlos o aun para eliminarlos, tambin se han inventado.

DISTRIBUCION DE TEMPERATURA EN LA EXTRUSION

La mayora de la extrusin industrial es esencialmente un proceso de trabajo en caliente donde ellingote se calienta a una temperatura uniforme antes de insertarlo en el contenedor. No obstanteque el contenedor se calienta siempre a una temperatura ms baja que el lingote con el resultadode que el exterior de ste tiende a enfriar una vez que hace contacto con el contenedor. Estoocurre al principio del ciclo de extrusin s las capas exteriores del lingote son continuamenteenfriadas durante el resto del ciclo.

La deformacin no es uniforme a travs de la seccin. De hecho se encuentra a lo largo deciertos planos de corte, dando origen a muy altas reducciones localizadas, acompaadas porextremadamente altas velocidades de extrusin.

Las velocidades de deformacin en estas zonas pueden ser tales que provoquen considerableselevaciones de temperatura, bajo condiciones esencialmente adiabticas. Si estas elevacionesson excesivas, entonces el metal puede exceder su punto de fusin dando origen a fusinincipiente, y el metal extrudo como se explic al principio ser expulsado desde la apertura deldado, en forma de explosiones, para dar la clsica fractura de "abeto":

Figura 41.


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Si se hace un intento para eliminar la fractura de abeto disminuyendo la temperatura deprecalentamiento del lingote, existe el riesgo de que se produzcan grandes granos perifricos,disminuyendo las propiedades mecnicas del material extrudo. La explicacin de la formacin deestos granos grandes se ha dado en la Fig. 41. Este es un problema particularmente severo paralas aleaciones de aluminio y ha sido estudiado por Smith. Una ilustracin de este fenmeno se hadado en la Fig. 40.

Smith concluye que para evitar granos grandes perifricos y fusin incipiente, es necesarioimponer un control preciso de la temperatura de recalentamiento del lingote, temperatura delcontenedor y velocidad del mbolo como se muestra en la Tabla 1:

Tabla1. Temperaturas tpicas de extrusin y velocidades para algunas aleaciones de aluminio.

La variacin de la temperatura en el interior del metal durante la deformacin como se ilustr

antes tiene una influencia controlada sobre las propiedades del producto A propuestas. De Smithse investigaron los parmetros de operacin y se propusieron guas para la eliminacin de losmayores defectos del producto. Tanner y Johnson han deducido un mtodo ms preciso que laversin cualitativa simplificada dada antes, para determinar la distribucin de temperaturas en laextrusin. Los problemas de transferencia de calor no existen durante la deformacin adiabticay Johnson y Tanner investigaron procesos comerciales de extrusin a fin de encontrar qu tancerca estn de las condiciones adiabticas. Ellos concluyeron que fueron muy precisos con lasvelocidades del mbolo de 25 mm., condicin que se vio para aplicar en los procesos industrialeslistados en la Tabla 1.

ESTIRADO DE ALAMBRE (TREFILADO)

En ste, el dimetro de una pieza de metal cilndrica es reducido jalndola a travs de un agujerocnico que es el perfil interno de un dado de estirado. El metal cilndrico alimentado esinicialmente ahusado de manera que salga a travs del orificio del dado y pueda ser sujetadopara el estirado. El equipo necesario puede encontrarse desde un simple banco de estirado paratrabajo intermitente, hasta bloques mltiples para operacin continua.

El bloque de estirado consiste de tres partes un sujetador o cabrestante para sujetar elarrollamiento de varilla lista para estirarse, el dado que es el que ejecuta realmente la reduccin yel bloque de estirado que suministra la carga y energa para la reduccin; ste tambin acumula,enrollado, el alambre ya estirado. Las tres partes se muestran en la Fig. 42:


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Figura 42. Elementos que componen el trefilado

El denominado bloque de estirar tiene solamente un dado el cual debe cambiarse y reemplazarsepor otro de menor dimetro despus de cada pasada completa. Tambin es posible estirar elalambre de manera continua, de tal manera que se pasa a travs de varios dadossimultneamente. Debe haber, sin embargo, un bloque de estirado para cada dado. Una mquinacontinua que tenga cinco dados, tambin tendr cinco bloques de estirado, etc. Tal tipo de

mquina se muestra en el diagrama de la Fig. 43.

Figura 43. Diagrama de una maquina continua de trefilado.

Puesto que el dimetro del alambre disminuye desde el dado 1 al dado 5, la velocidad y longitudaumentarn proporcionalmente. Por estas razones la velocidad perifrica de los bloques debeaumentarse a lo largo de la lnea. Esto puede lograrse por una de dos maneras.

En la primera, cada bloque de estirado est equipado con su propio motor elctrico con controlde velocidad totalmente variable, el cual puede ajustarse automticamente para sincronizar lavelocidad del bloque con la del alambre. Tienen la desventaja de que son grandes y costosasdebido a la inversin en la instalacin de los costosos equipos elctricos.

El segundo tipo de mquina supera estas desventajas haciendo uso de un solo motor elctricopara mover una serie de conos escalonados. Los dimetros de los conos son tales, que generanuna secuencia de velocidades perifricas equivalentes a una serie definida de reducciones detamao. Tales mquinas estn, por tanto, diseadas para dar una reduccin especfica porpasada, como se ilustra en la Fig. 44:


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Figura 44

No es posible lograr una relacin precisa entre los dimetros del dado y del bloque que esesencial en este patrn, pero el estirado puede llevarse a cabo satisfactoriamente si ladiscrepancia no es muy grande. La discrepancia da como resultado que el material estirado sedeslice hacia adelante o hacia atrs en los bloques mientras giran. Esto resulta en friccin ygeneracin de calor el cual se disipa sumergiendo el arreglo completo de conos escalonados enun bao de aceite. Por esta razn se denominan mquinas de Inmersin o de Deslizamiento,mientras que el primer tipo es descrito como mquina Sin Deslizamiento.

La parte ms importante de la mquina de estirado de alambre es el dado. Este consiste de dospartes, la cubierta y la boquilla. La cubierta est hecha de acero para dados de gran dimetro yde bronce para los pequeos, su funcin principal es proteger la boquilla. La boquilla, que estcontenida dentro de la cubierta est hecha de carburo de tungsteno en los dados grandes y de

diamante industrial en los pequeos. Debe ser hecha de un material extremadamente duropuesto que es la parte en donde se lleva a cabo la reduccin. La boquilla tiene un agujero en sucentro el cual tiene un perfil definido.

El perfil en s mismo consiste de cuatro partes: la campana (a), el cono (b), el cojinete (c) y lasalida (d). La campana est formada de tal manera que el alambre que viaje en el dado Jalarlubricante con l. La forma de la campana ocasiona que la presin hidrosttica aumente ypermita el flujo del lubricante en el dado. El cono de acercamiento tiene un ngulo definido con lalnea de centro y es la porcin donde el metal choca contra la superficie, como se muestra arriba.El metal se reduce en dimetro y es jalado a lo largo del acercamiento hacia la salida. La parte(c) es el cojinete del dado y constituye el mecanismo de reduccin. Como el perfil del dado sedesgasta gradualmente conforme el alambre es estirado, la duracin del dado se aumenta

alargando la longitud del cojinete. Mientras mayor sea la longitud del cojinete mayor ser la cargapor friccin en el alambre que est siendo estirado, y si se hace demasiado grande, puede ocurrirla ruptura del alambre, ya que se requiere una carga de estirado demasiada alta. En la prctica,el ptimo usado es aquel en que la longitud del cojinete es dos tercios del dimetro o barreno. Ala parte (d) se le llama salida, y permite que el metal resorte o se expanda conforme el alambresale del dado. Si el perfil de la salida no es correcto, puede presentarse erosin en el alambre eneste punto.

El ngulo del dado es un parmetro importante en el estirado de alambre. Este es el ngulo queel acercamiento forma con la lnea de centro del dado. El ngulo del dado controla en alto gradola carga de estirado (es decir, la carga que debe aplicarse al alambre que va sumergiendo deldado para jalar el restante a travs del dado.


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Para cada metal existe una carga de estirado para una reduccin dada. Lo anterior puedededucirse cualitativamente como sigue: en cualquier proceso de deformacin, la carga total estformada de tres componentes -la requerida para deformar el metal ideal u homogneamente.Esto est dado por L = so A In r, donde so es el esfuerzo de cedencia, A la seccin transversalapropiada del metal en que la carga es aplicada y r la reduccin lograda. Esta carga ideal esindependiente del mtodo de trabajo y cuando es aplicada al estirado de alambre esindependiente de l. El segundo componente de la carga de deformacin es aquel elementorequerido para vencer la friccin externa. Esto, en su caso, depende de una combinacin de lapresin entre el metal que est siendo deformado y la herramienta; el coeficiente de friccin entremetal y herramienta, y el rea de la superficie de contacto entre el metal y la herramienta. En elestirado de alambre el rea de contacto disminuye conforme el ngulo del dado es aumentado.

Con el ngulo de dado grande al, el rea de contacto es una corona circular basada en ab [Fig.45 (a)], mientras que con un ngulo de dado pequeo a, an para la misma reduccin, el rea decontacto es aumentada al tronco de cono del lado cd [Fig. 45(b)]. El tercer elemento es la cargapara vencer el trabajo redundante. En el estirado de alambre la carga por trabajo redundante seaumenta con el ngulo del dado, como se muestra abajo. El trabajo redundante es el trabajo

extra o desperdiciado que debe efectuarse para doblar las fibras de metal, primero en un sentidoy despus regresarlas a la direccin original del flujo.

Figura 45

Figura 46

Es obvio que se requiere ms energa para lograr esto en el caso de un ngulo de dado grande[Fig. 46 (a)] que en el caso de un ngulo de dado pequeo [Fig. 46 (b)]. La carga total de estirado,como formada por estos tres componentes, aparece en la Fig. 47 cuando se considerarelacionada con ngulos de dados variables:


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Figura 47

Se ha encontrado en la prctica que entre ms duro sea el metal, ser ms pequeo el ngulomnimo de carga:

Metal Angulo ptimo

Aluminio 24

Cobre 12

Acero 6

El proceso industrial de fabricacin de alambre puede involucrar muy altas velocidades deestirado. El alambre en una mquina tpica de 15 dados, es la que el dimetro es reducido de510 mm. (0.020 plg.) a 200 mm. (0.0076 plg.) tendr una velocidad de 70 m/s (12 000 pies pormin.). A tales velocidades la mayora de la energa de deformacin aparece como un aumento detemperatura y para lograr su disipacin los dados y bloques son totalmente sumergidos en unbao de lubricante en circulacin, el cual tambin acta como refrigerante.


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PROCESOS CON DEFORMACION PLASTICA ILUSTRACIONES

CONFORMADO DE MATERIAL MASIVO

FORJA


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EXTRUSION

TREFILACION


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ACUADO

CONFORMADO DE CHAPAS CORTE O TROQUELADO


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EMBUTIDO

1) EMBUTIDO DE UNA ETAPA:

TABLA DE DIMENSIONES DE DISCO INICIAL PARA EMBUTIDO AXISIMETRICO


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EJEMPLO: Dimetro de la copa a embutir: 60 mm. Espesor del material: 1,5 mm. Altura de lacopa: 100 mm. Esfuerzo de ruptura: 350 N/mm2.

ESFUERZOS EN EL EMBUTIDO DE UNA COPA CILINDRICA


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EMBUTIDO CON MATRIZ DE DOBLE ACCION


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EMBUTIDO CON MATRIZ DE ACCION SIMPLE


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EMBUTIDO INVERSO CON MATRIZ DE ACCION SIMPLE Y PUNZON ACTUADOR

2) EMBUTIDO CON PUNZON TELESCOPICO:


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3) EMBUTIDO INVERSO:

REPUJADO

FLANCHEADO


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ESTAMPADO

ROLL FORMING

Fundamentos de Conform Ado Plastico

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