Conformacion de metales en frio y caliente

Trabajo en frío

El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio, cord metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso doméstico 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 del conformado en frío 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 latón, pero sin modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material. Durante el conformado en frío 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.

Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío 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 de formado que se puedan realizar a las partes.

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 indentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para bebidas, son los ejemplos más comunes. 

Este proceso puede llevarse a cabo únicamente en frío. 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 o pliegues que tienden a formarse en el metal fluyendo hacia el interior desde la periferia del orificio del dado.

LAMINADO 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. El trabajo en caliente es usado muy ampliamente porque es posible realizar un cambio en forma rápida y barata. 

Los materiales laminados en en caliente tienen propiedades isotropicas y carecen de tensiones residuales. Sus principales desventajas son que el producto no se mantiene dentro de las tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de oxido caracteristica.

El laminado en frío se lleva a cabo por razones especiales, tales como la producción de buenas superficies de acabado o propiedades mecánicas especiales.

Se lamina más metal que el total tratado por todos los otros procesos. El 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. 

La principal aplicación del laminado es la laminación del acero y su principal aplicación es la producción de acero. La temperatura de la laminación del acero es de unos 1200 °C, los lingotes de acero iniciales, que se obtienen por fundicion, se elevan a dicha temperatura en unos hornos llamados "fosas de recalentamiento" y el proceso en el que elevamos la temperatura del lingote recibe el nombre de "recalentado".

Los lingotes de acero recalentados pasan al molino de laminación en los que se laminan para convertirlos en una de las tres formas intermedias: lupias, tochos o planchas. Las lupias se utilizan para generar perfiles estructurales y rieles para ferrocarril, los tochos se laminan para obtener barras y varillas. Y las planchas se laminan para producir placas, laminas y tiras. El laminado posterior de las placas y láminas suele realizarse en frío.

FORJADO En el caso más 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 producción en 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. 

Los dados que han sustituido al martillo y al yunque pueden variar desde un par de herramientas de cara plana, hasta ejemplares que tiene cavidades apareadas capaces de ser usadas para producir las domas más complejas.

Si bien, el forjado puede realizarse ya sea con el metal caliente o frío, el elevado gasto de potencia y desgaste en los dados, así como la relativamente pequeña amplitud de deformación posible, limita las aplicaciones del forjado en frío. 

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 frío 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 frío el material de la pieza debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente.

Un ejemplo es el acuñado, donde los metales superficiales son impartidos a una pieza de metal por forjado en frío. El forjado en caliente se está utilizando cada vez más como un medio para eliminar uniones y por las estructuras particularmente apropiadas o propiedades que puede ser conferidas al producto final. Es el método de formado de metal más antiguo y hay muchos ejemplos que se remontan hasta 1000 años A.C.

ESTIRADO Este es esencialmente un proceso para la producción de formas en hojas de metal. Las hojas se estiran sobre hormas conformadas en donde se deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos. Es un proceso de trabajo en frío y es generalmente el menos usado de todos los procesos de trabajo.

EXTRUSION En este proceso un cilindro o trozo de metal es forzado a través de un orificio por medio de un émbolo, por tal efecto, el metal estirado y extruido tiene una sección transversal, igual a la del orificio del dado.Hay dos tipos de extrusión, extrusión directa y extrusión indirecta o invertida. En el primer caso, el émbolo y el dado están en los extremos opuestos del cilindro y el material es empujado contra y a través del dado. En la extrusión indirecta el dado es sujetado en el extremo de un émbolo hueco y es forzado contra el cilindro, de manera que el metal es extruido hacia atrás, a través del dado. La extrusión puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío, pero es predominantemente un proceso de trabajo en caliente. 


La extrusion en caliente se hace para evitar el trabajo forzado y hacer mas facil el paso del material a traves del troquel. Los rangos de presion andan de 4400 a 102.000psi, por lo que la lubricacion es necesaria. Su mayor desventaja es el costo de las maquinarias y su mantenimiento.


La extrusion en frio tiene como beneficio la falta de oxidacion, que se traduce en mayor fortaleza debido al trabajo en frio, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rapida velocidad de extrusion si el material es sometido a breves calentamientos.

La única excepción a esto es la extrusión por impacto, en la cual el aluminio o trozos de plomo son extruidos por un rápido golpe para obtener productos como los tubos de pasta de dientes. En todos los procesos de extrusión hay una relación crítica entre las dimensiones del cilindro y las de la cavidad del contenedor, especialmente en la sección transversal.

Trabajo en caliente

Por trabajo (o labrado) en caliente se entienden aquellos procesos como laminado o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una condición plástica y fácil de trabajar. El laminado en caliente se usa por lo general para obtener una barra de material con forma y dimensiones particulares. El extrusionado es el proceso por el cual se aplica una gran presión un lingote metálico caliente, haciendo que fluya en estado plástico a través de un orificio restringido.

El forjado o forja es el trabajo en caliente de metales mediante martinetes, prensas o maquinas de forja. En común con otros procesos de labrado en caliente, la forja produce una estructura de grano refinado que da por resultado una mayo resistencia y ductilidad. Las piezas forjadas tienen mayor resistencia por el mismo peso.

Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.

Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo.

MATERIALES PARA FUNDICIÓN

Hierro colado gris de todos los matrices para fundición, el hierro gris es el que más comúnmente se usa debido a su costo relativamente bajo, la facilidad de ser fundido o colación en grandes cantidades y a su fácil maquinado. Las principales objeciones son: su fragilidad y su baja resistencia a la tensión. Este material so se suelda con facilidad debido a que puede agrietarse. 

Hierro colado blanco si todo el carbono en un hierro de fundición está en forma de cementita y perlita sin que haya grafito, la estructura resultante se conoce como hierro colado blanco. Se puede producir en dos variedades y uno u otro método dan por resultado un metal con grandes cantidades de cementita, y así el producto será muy frágil y duro para el maquinado, pero también muy resistente al desgaste. 

Hierro colado maleable si el hierro fundido blanco se somete a un proceso de recocido, el producto se le llama hierro colado maleable. Un hierro maleable de buena clase puede tener una resistencia a la tensión mayor que 350 Mpa, con una elongación de hasta el 18%. Debido al tiempo que se requiere para el recocido, el hierro maleable necesariamente es más costoso que el gris. 

Hierro colado dúctil o nodular se combinan las propiedades dúctiles del hierro maleable y la facilidad de fundición y maquinado del gris, y que al mismo tiempo poseyera estas propiedades después del colado. El hierro colado dúctil es esencialmente el mismo hierro maleable, sin embargo, el hierro dúctil se obtiene agregando magnesio al metal fundido.

El hierro dúctil tiene un alto módulo de elasticidad (de 172 Gpa).
El hierro nodular posee una resistencia a la compresión que es mayor que la resistencia a la tensión, aunque la diferencia no es tan grande. Su intervalo de aplicaciones resulta utilizable en piezas de fundición que requieran resistencia a cargas de choque o impacto.

Hierros colados de aleación el níquel, el cromo y el molibdeno son los elementos de aleación más utilizados con el hierro fundido. El níquel aumenta la resistencia y la densidad, mejora la resistencia al desgaste. Cuando se agrega cromo y níquel, la dureza y la resistencia mejoran sin que haya reducción en la maquinabilidad. El molibdeno aumenta la rigidez, la dureza y la resistencia a la tensión y al impacto. 

Aceros para fundición la ventaja del proceso de colado es que piezas con formas complejas se pueden fabricar a un costo menor que por otros medios. Los mismos elementos de aleación que se utilizan en aceros para forja se emplean con los aceros para fundición, a fin de mejorar la resistencia y otras propiedades mecánicas. Las piezas de acero fundido también pueden ser tratadas térmicamente a fin de modificar las propiedades mecánicas y, a diferencia de los hierros fundidos, pueden ser soldadas.

Maquina Troqueladora 

Esta es una herramienta utilizada para cambiar la forma de materiales solidos y para el estampado de metales en frio.

En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica.

En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas.

Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros en la pieza. 

Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una lámina de metal para operaciones posteriores. 

Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples o compuestos en la pieza en bruto. 

Los troqueles de embutir se emplean para crear formas huecas. Para lograr una sección reducida en una parte hueca, como el cuello de un cartucho de fusil, se utilizan troqueles reductores especiales.

Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre, enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se inserta para dar resistencia a la pieza. 

Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones descritas en un único recorrido de la prensa; los troqueles progresivos permiten realizar diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel.