Deformación volumétrica en metales

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1. Introducción

Desde los primeros trabajos en metal realizados por el humano, se ha venido aplicando diversos métodos para deformar el metal y llevarlo a modelos de bajo volumen, es decir, deformarlo plásticamente, algunos de los procesos para lograr dicha deformación, han sido el estirado, corte.

Para realizar trabajos en metales que se quieren formar volumétricamente se deben poseer ciertas características en sus propiedades. Aquellas propiedades necesarias son una baja resistencia a la fluencia y alta ductilidad.

La utilización de materiales para la manufactura encontramos los metales y todos los derivados de este, para llegar a su comercialización se estudia la manera de transformar la materia prima, en este caso metal en estado volumétrico natural, que, para lograr su uso, este debe pasar a través de un proceso de deformación volumétrica que nos permite obtener derivados que son más fácil de procesar y utilizar por la industria como lo son las láminas.

Para poder transformar esas materias primas, el metal debe ser tratado bien sea a temperaturas muy altas o muy bajas, dependiendo lo que se desea obtener, este proceso a temperaturas nos permite deformar el metal de forma más fácil, ya que este cede ante el proceso que se lo está sometiendo.

Así, logrando la fabricación de láminas que son muy utilizadas en la industria para la elaboración de un sin número de productos comerciales que conocemos o utilizamos a diario. En el proceso con láminas nos encontramos con tres categorías: el corte, el doblado, y el embutido, que nos permiten llegar a un producto final.

1. Objetivos

• Describir los procesos de deformación volumétrico en el trabajo de metales.
• Definir las operaciones de corte, doblado y embutido en el trabajo metálico de láminas.
• Conocer los tipos de procesos de laminados, tipos de laminado, como se procesan y con qué materiales se trabaja para su fabricación.

1. Deformación volumétrica en el trabajo de metales

Los metales previa a cualquier proceso de transformación al que se los desea someter, llegan en forma de barras rectangulares y cilíndricas, en lo que para los procesos de conformado de dichas formas se realizan operaciones de deformación como el laminada, forjado, extrusión y estirado (trefilado).

Los procesos de deformación realizados en frío se realizan cuando se requiere mejorar las propiedades mecánicas (resistencia a la fluencia, dureza, etc.) o alcanzar un buen acabado superficial. Mientras que para el trabajo en caliente se requiere cuando se involucra la deformación volumétrica de grandes piezas de trabajo (Unknow, 2013).

Los procesos de conformado en los que son necesaria la deformación volumétrica y que implican cambios significativos tanto en la forma deseada que se requiere dar y el volumen del producto. Entre los más importantes procesos tenemos los siguientes: La laminación, La forja, La extrusión, El estirado y el trefilado (Arnaitz).

Ciertamente este proceso tiene gran importancia tecnológica y comercial en la que deriva las siguientes condiciones:

• Con operaciones de trabajo en caliente se pueden lograr cambios significativos en la forma de las partes de trabajo.
• Las operaciones de trabajo en frío se pueden usar no solamente para dar forma al trabajo, sino también para incrementar su resistencia.
• Estos procesos producen poco o ningún desperdicio como subproducto de la operación. Algunas operaciones de deformación volumétrica son procesos de forma neta o casi neta: se alcanza la forma final con un poco o ningún maquinado posterior (Ruiz Peralta, 2017).

Entonces, definiendo el termino deformación el cual es un conjunto de técnicas que permite modificar una pieza metálica mediante el uso y aplicación de fuerzas externas. Mediante estas técnicas se proporciona una nueva forma y dimensiones, también se mejoran las propiedades mecánicas del material empleado (Nazaret Oporto, s.f.).

Estas deformaciones significativas y cambios de forma corresponden con los procesos primarios de deformación. En general, la relación entre el área superficial y el volumen de trabajo es pequeña; el término volumétrico describe a las partes de trabajo que tienen esta baja relación de área-volumen (Pemigsa, 2017).

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Figura 1. Disminución de espesor de lámina metálica mediante uso de rodillos.

Otra característica muy importante a mencionar son los tipos de deformación a lo que se someten estos metales para formar un producto fina o producto de mayor maleabilidad para formar otros productos; estas deformaciones son:

Deformación Elástica: Es la deformación que experimenta un metal bajo la acción de una carga, involucra un movimiento de los planos atómicos, sin que los átomos se muevan de un sitio propio de la red a otro. Por ellos esta deformación no es permanente y desaparece cuando la carga que la produjo deja de actuar  (Rivera Cortes, 2011).

Deformación Plástica: Es la deformación que experimenta un metal bajo la acción de una carga e involucra un movimiento de los planos atómicos en los que los átomos que los componen se mueven de un sitio propio de la red a otro. Esta deformación es permanente, es decir, aun cuando la carga deje de actuar el meta ya no recuera su forma y dimensiones originales (Rivera Cortes, 2011).

La deformación plástica se inicia cuando el metal sobrepasa un valor conocido como “Límite Elástico”. Este valor se puede encontrar a partir de un diagrama Esfuerzo-Deformación que se obtiene por medio de un ensayo (Rivera Cortes, 2011).

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Figura 2. Diagrama Esfuerzo-Deformación.

Los procesos de deformación volumétrico a temperaturas de trabajo en caliente tienen las siguientes ventajas y desventajas:

Ventajas

Los esfuerzos de fluencia son bajos, de ahí que las fuerzas y los requerimientos de potencia sean relativamente bajos, y se puedan deformar incluso grandes piezas de trabajo con equipos de tamaño razonable.

La ductilidad es alta, por lo que se pueden realizar grandes deformaciones (hasta 99%) y generar formas complejas de las piezas (Turmero, 2021).

Desventajas

Se requiere de energía para calentar la pieza de trabajo hasta una temperatura elevada. La mayoría de los materiales se oxidan y los óxidos de algunos metales pueden afectar el acabado superficial y a producir variación en sus tolerancias (Turmero, 2021).

Los procesos de deformación volumétrico a temperaturas de trabajo en frío tienen las siguientes ventajas y desventajas:

Ventajas

En ausencia de la oxidación y de una elevada tasa de fluencia del material, se pueden obtener tolerancias más cerradas, un mejor acabado superficial y también paredes más delgadas (Turmero, 2021).

Desventajas

La ductilidad de muchos materiales es limitada, lo que restringe la complejidad de las formas que se pueden producir fácilmente (Turmero, 2021).

El trabajo en tibio por otra parte combina algunas de las ventajas del trabajo en frío y caliente. Las temperaturas son suficientemente bajas para obtener u buen acabado superficial y suficientemente altas para deformar la pieza sin crear grandes presiones sobre la matriz durante el trabajo en frío (Turmero, 2021).

1.  Proceso de deformación por laminado

El laminado es un proceso de deformación volumétrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado, mediante las fuerzas de compresión que ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresión y de cizallamiento, originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal. Los procesos de laminado requieren gran inversión de capital; debido a ello los molinos de laminado se usan para la producción de grandes cantidades de productos estándar (láminas, placas, etc.) (Salvador).

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Figura 3. Laminado de metal mediante rodillos.

Proceso de laminado en frio. - Por lo general es fabricado en aquel proceso en el cual el acero es enfriado mientras se está laminando en un estado caliente, evitando así todo tipo de enrollamientos indeseables en los resultados finales (Salvador).

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Proceso de laminado en caliente. - Es producido, calentado y presionado por medio de unos rodillos especiales industriales que tienen como objetivo manipular todo el acero siguiendo ciertos criterios y especificaciones. Esto debido a que cuando se encuentra como metal calentado es más fácil de ser transformado (Salvador).

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Principales aplicaciones del laminado.

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. Aunque la principal aplicación del laminado es la «laminación del acero» (Salvador).

Tipos de Laminado

Laminado plano: Involucra el laminado de planchas, tiras, láminas y placas, partes de trabajo de sección transversal rectangular con un ancho mayor que el espesor. En el laminado plano, se presiona el material de trabajo entre dos rodillos de manera que su espesor se reduce (Salvador).

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