MATERIALES: Trabajo en caliente y frio - Adolfo Ángel Montes Guzmán
FUNDAMENTOS DEL FORMADO DE METALES
El conformado de metales incluye procesos de manufactura en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar lo forma de las piezas metálicas.
La deformación resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por tanto el metal se deforma para tornar la forma que determina la geometría del dado.
En general, se aplica el esfuerzo de compresión para deformar plásticamente el metal. Sin embargo, algunos procesos de formado estiran el metal, mientras que otros lo doblan y otros mas lo cortan.
Para formar exitosamente un metal este debe poseer ciertas propiedades. Las propiedades convenientes para el formado son:
Baja resistencia a la fluencia
Alta ductilidad
Estas propiedades son afectadas por la temperatura. La ductilidad se incrementa y la resistencia a la fluencia se reduce cuando se aumenta la temperatura de trabajo.
El efecto de la temperatura da lugar a la siguiente clasificación:
Trabajo en frio: Trabajo en caliente por debajo de la temperatura de recristalización.
Trabajo en caliente: Arriba de la temperatura de recristalización.
Recristalización: Formación de granos libres de deformación.
La velocidad de formación y la fricción son factores adicionales que afectan el desempeño del formado de metales.
TRABAJO DEL METAL EN CALIENTE
Los procesos de deformación de metales aprovechan las propiedades de flujo plástico del material a medida que es deformado para producir la forma deseada: El material se comprime o se estira hasta adquirir la nueva forma deseada.
Un lingote metálico tiene un uso muy reducido hasta que le es dada una forma tal que pueda usarse en un proceso de manufactura.
Si el lingote es admitido en frio, se vuelve bastante difícil, si no imposible, convertir el material por medios mecánicos en una forma estructural, acero en barra o lamina.
Sin embargo, si el lingote se trabaja en caliente, puede martillarse, prensarse, laminarse o extruirse en otras formas. Debido a la oxidación y otras desventajas del trabajo en caliente a temperaturas elevadas, la mayoría de los metales ferrosos se trabajan en frio o se terminan en frio después del trabajo en caliente para obtener un buen acabado superficial, alta exactitud dimensional y mejorar las propiedades mecánicas.
LAS CARACTERISTICAS PRINCIPALES SON:
Por encima de la temperatura mínima de recristalización.
La forma de la pieza se puede alterar significativamente.
Se requiere menor potencia para deformar el metal.
Las propiedades de resistencia son generalmente isotrópicas debido a la ausencia de una estructura orientada de granos creada en el trabajo en frio.
El trabajo en caliente no produce fortalecimiento de la pieza.
Precisión dimensional mas baja.
Mayores requerimientos de energía.
Oxidación de la superficie del trabajo.
El utillaje esta sometido a elevados desgastes y consiguientes mantenimientos.
LAS TECNOLOGIAS DE FABRICACION PARA EL PROCESO DE CONFORMADO EN CALIENTE SON:
Laminación
Forja.
Extrusión.
Estirado.
Doblado.
Embutido.
Teniendo en cuenta los usos de los productos metálicos obtenidos (automóvil, minería, ferrocarril, construcción naval, etc..) y el volumen fabricado, se consideran como procesos mas relevantes dentro del conformado en caliente la laminación en caliente y la forja.
LAMINACION EN CALIENE:
Conformado en el cual se hace pasar el metal por trenes de rodillo que le dan una forma progresivamente mas parecida a la deseada.
Un efecto del trabajo en caliente con la operación de laminado, es el refinamiento del grano causado por recristalización.
EL TRABAJO EN CALIENTE TIENE LAS SIGUIENTES VENTAJAS:
La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayoría de los lingotes fundidos contienen muchas pequeñas sopladuras. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presión del trabajo.
Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a través del metal.
Los granos gruesos o prismáticos son refinados. Dado que este trabajo esta en el rango recristalino, seria mantenido hasta que el limite inferior es alcanzado para que proporcione una estructura de grano fino.
DESVENTAJAS:
Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación o escamado de la superficie con acompañamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. El equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es económico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas.
Un tren de laminación moderno de gran producción es, generalmente, un conjunto complejo de maquinas y mecanismos que realizan una serie de operaciones consecutivas e interrelacionadas.
TRABAJO DEL METAL EN FRIO:
El conformado en frio es empleado a nivel mundial para fabricar los productos mas diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, Cord metálico para neumáticos, etc.
También la mayoría de los objetos metálicos de uso domestico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión, listones y utensilios de cocina.
El trabajo en frio se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original del metal, produciendo a la vez una deformación.
El concepto de conformado en frio comprende todos los métodos de fabricación que permiten deformar plásticamente ( a temperatura ambiente y ejerciendo una presión elevada ) metales o aleaciones de metales tales como: cobre, aluminio o laton, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material.
Durante el conformado en frio la materia prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta de diferentes etapas de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de deformación del material y por lo tanto su rotura.
VENTAJAS DEL CONFORMADO EN FRIO:
Las principales ventajas del trabajo en frio son:
Mejor precisión.
Menores tolerancias.
Mejores acabados superficiales.
Posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final.
Mayor dureza de las partes.
DESVENTAJAS DEL CORFORMADO EN FRIO:
El trabajo en frio tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia, la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones dé formado que se puedan realizar a las partes.
La diferencia principal del trabajo en caliente y en frio es la temperatura a la cual se realiza el proceso. En el trabajo en frio el material se trabaja a temperatura ambiente, pero el proceso como tal ocasiona calentamiento por fricción entre el equipo y la pieza, por lo que es común que el trabajo en frio alcance temperaturas hasta de 200°C.
Todos los metales son cristalinos por la naturaleza y están hechos de granos de forma irregular de varios tamaños. Cuando se trabaja en frio los cambios resultantes en la forma del material trae consigo marcas en la estructura de grano.
EMBUTIDO PROFUNDO Y PRENSADO:
El embutido profundo es una extensión del prensado en la que a un tejo de metal, se le da una tercera dimensión considerable después de fluir a través de un dado.
El prensado simple se lleva a cabo presionando un trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al endentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para bebidas, son unos ejemplos.
Este proceso puede llevarse a cabo únicamente en frio. Cualquier intento de estirado en caliente, produce en el metal un cuello y la ruptura. El anillo de presión evita que el blanco se levante de la superficie del dado dando arrugas radiales y pliegues que tienden a formarse en el metal fluyendo hacia el interior desde la periferia del orificio del dado.
LAMINADO:
PROCESO DE LAMINADO EN FRIO:
El laminado en frio se lleva a cabo por razones especiales, tales como la producción de buenas superficies de acabado o propiedades mecánicas especiales.
Se lamina mas metal que el total tratados por todos los otros procesos. Él laminado se utiliza en los procesos de fabricación de los aceros, aluminio, cobre, magnesio, plomo, estaño, Zinc y sus aleaciones. Casi todos los metales utilizados en la industria, han sufrido una laminación en alguna etapa de su conformación.
FORJADO:
En el caso mas simple, el metal es comprimido entre martillo y un yunque y la forma final se obtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre golpe y golpe.
Para producir una masa y el formado de secciones grandes, el martillo es sustituido por un martinete o dado deslizante en un bastidor e impulsado por una potencia mecánica, hidráulica o vapor. Un dispositivo utiliza directamente el empuje hacia abajo que resulta de la explosión en la cabeza de un cilindro sobre un pistón móvil.
PROCESO DE FORJADO EN FRIO:
En el forjado en caliente se requieren menores esfuerzos pero se obtiene un acabado superficial y una precisión dimensional no tan buena como en el forjado en frio que aunque requiere mayores fuerzas por la alta resistencia que ofrece el material se obtienen mejores resultados de precisión y acabado superficial, también existe el inconveniente que en el forjado en frio el material de la pieza debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente.
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