Formado De Metales

FORMADO DE METALES EN FRIO Y EN CALIENTE

FUDAMENTOS DEL FORMADO DE METALES

El formado de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar la 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 más lo cortan. Para formar exitosamente un metal éste debe poseer ciertas propiedades. Las propiedades convenientes para el formado son generalmente una baja resistencia a la fluencia y 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 distinción entre trabajo en frío, trabajo en caliente por debajo de la temperatura de recristalización y trabajo en caliente. La velocidad de formación y la fricción son factores adicionales que afectan el desempeño del formado de metales.

Principio del Formado de Metales

Durante el formado del metal, la estructura de grano “gruesa” y deformada de un material frágil y poroso del lingote, o del metal de la colada continua, se reduce a una estructura con cambios en su volumen, de grano fino y mejores propiedades mecánicas.

Luego de la colada, la superficie del lingote en contacto con el molde se enfría más rápido, dando lugar a granos gruesos, pero de la “misma” medida en todas las direcciones. Pero la parte central del lingote, que puede tardar hasta dos días en solidificarse, da lugar a granos alargados, que crecen hasta chocar unos con otros.

Estas dendritas, mientras crecen en el medio liquido, tienen forma de árbol (de ahí su nombre). Es un crecimiento lineal del grano por solidificación lenta. Esta estructura, aparte de sus pobres propiedades mecánicas, nos da también heterogeneidad en la composición química para el caso de las aleaciones (acero). Ambas situaciones no deseadas. Solucionamos esto cambiando la estructura de los granos con el proceso de recristalización, en el cual en determinado rango de temperatura se forman nuevos granos equiaxiales, libres de deformación, que reemplazan los granos antiguos.

La temperatura de recristalización va entre 0,3 y 0,5 Tm, siendo Tm el punto de fusión del metal en escala absoluta. Esta temperatura de recristalización se define también como la necesaria para producir ala recristalización completa en aproximadamente 1 hora.

Se disminuyen así la densidad de dislocaciones, y eleva la ductilidad. Con esto se ve que en general laminamos por encima de la temperatura de recristalización, convirtiendo la estructura “fundida” (frágil), en estructura laminada (tenaz).

Procesos de Formado en caliente

Una de las propiedades más importantes de los metales es su maleabilidad, este término indica la habilidad de un metal para ser deformado mecánicamente por encima de su límite elástico, sin deformarse y sin incremento considerable en la resistencia a la deformación.

La materia prima (para los procesos de formado), es el acero del lingote, este, con su estructura cristalina típica gruesa y dendrítica, no es útil para las aplicaciones en las que se requiera resistencia mecánica. Las partes fabricadas directamente de acero de lingote pueden estrellarse al recibir fuerzas de trabajo y cargas de impacto. Los granos dendríticos que contiene un lingote vaciado deben recristalizarse para dar al acero la resistencia necesaria, esto se logra mediante procesos de trabajo en caliente como forjado o laminación.

Los factores que influyen en el tamaño de grano que se obtienen con la deformación en caliente son:

1. Tamaño inicial del grano

2. Cantidad de la deformación

3. Temperatura final del proceso

4. Velocidad de enfriamiento

Dado que el metal se encuentra a alta temperatura, los cristales reformados comienzan a crecer nuevamente, pero éstos no son tan grandes e irregulares como antes. Al avanzar el trabajo en caliente y enfriarse el metal, cada deformación genera cristales más pequeños, uniformes, y hasta cierto grado, aplanados, lo cual da al metal una condición a la que se llama anisotropía u orientación de grano o fibra, es decir, el metales más dúctil y deformable en la dirección de un eje que en la del otro.

La condición anisotropía nos ayuda a explicar las siguientes ventajas del trabajo en caliente:

1. No aumenta la dureza o ductilidad del metal ya que los granos distorsionados y deformados durante el proceso, pronto cambian a nuevos granos sin deformación.

2. El metal se hace más tenaz pues los cristales formados son más pequeños y por lo tanto más numerosos.

3. El material se hace más tenaz debido a que se disminuye el espacio entre cristales y se segregan las impurezas.

4. Se requiere menor fuerza y por lo tanto menor tiempo, ya que el material es más maleable.

5. Facilidad para empujar el metal a formas extremas cuando esta caliente, sin roturas ni desgastes pues los cristales son más plegables y se forman continuamente.

6. Ayuda a perfeccionar la estructura granular.

7. Se eliminan zonas de baja resistencia.

8. Se eliminan los poros en forma considerable debido a las altas presiones de trabajo.

9. Bajo costo de los dados.

Desventajas del trabajo en caliente son:

1. Se tiene una rápida oxidación o formación de escamas en la superficie con el consigue mal acabado superficial.

2. No se pueden mantener tolerancias estrecha.

3. Se requieren herramientas resistentes al calor que son relativamente costosas.

Los principales métodos de trabajo en caliente son:

A. Laminado

B. Forjado

1. Forja de hierro o con martillo

2. Forja con martinete

3. Forja horizontal

4. Forja con prensa

5. Forja de laminado

6. Estampado

C. Extrusión

D. Manufactura de tubos

E. Embutido

F. Rechazado en caliente

G. Métodos especiales.

A) LAMINADO

Podemos definir la laminación como el proceso de manufactura mediante el cual se transforma el acero en la forma de barras de sección cuadrada de varios metros de largo llamadas palanquillas, ya sean barras corrugadas, barras lisas o perfiles.

El proceso en sí consiste en deformar la masa metálica, en nuestro caso el acero, en forma de palanquillas, haciéndola pasar entre dos cilindros superpuestos que giran en sentido inverso

Y este proceso inicia al recalentar el planchón (materia prima) en los hornos a una temperatura de 1200°C, para posteriormente pasar por la etapa de reducción, que consiste en una serie de pasos de desbaste y un proceso de acabado donde la lámina alcanza el espesor deseado. Posteriormente pasa por una mesa de enfriamiento y es enrollado el material.

Los lingotes de acero que no son refusionados y fundidos en moldes se convierten en productos utilizables en dos pasos:

1. Laminando el acero en formas intermedias: lupias, tochos y planchas.

2. Procesando lupias, tochos y planchas en placas, láminas, barras, formas estructurales u hojalata.

El acero permanece en las lingoteras hasta que su solidificación es casi completa, que es cuando los moldes son removidos. Mientras permanecen calientes, los lingotes se colocan en hornos de gas llamados fosos de recalentamiento, en donde permanecen hasta alcanzar una temperatura de trabajo uniforme de alrededor de 12000' C en todos ellos. Los lingotes entonces se llevan al tren de laminación en donde debido a la gran variedad de formas terminadas por hacer, son primero laminados en formas intermedias como lupias, tochos o planchas. Una lupia tiene una sección transversal con un tamaño mínimo de 150 x 150 mm. Un tocho es más pequeño que una lupia y pude tener cualquier sección desde 40 mm hasta el tamaño de la lupia. Las planchas pueden laminarse ya sea de un lingote o de una lupia, tiene un área de sección transversal rectangular con un mínimo de 250 mm. y un espesor mínimo de 40 mm. El ancho siempre es 3 o más veces el espesor y puede ser de cuando mucho de 1500 mm Placas, plancha para tubos, y flejes se laminan a partir de planchas.La mayor deformación toma lugar en el espesor aunque hay algún incremento en el ancho. La uniformidad de la temperatura es importante en todas las operaciones de laminado, puesto que controla el flujo de metal y la plasticidad.

Un efecto de trabajo en caliente con la operación de laminado, es el refinamiento de grano causado por la recristalización.

La mayoría de los laminados primarios o de desbaste se hacen ya sea en un laminador reversible de dos rodillo o en un laminador de rolado continuo de tres rodillos. Él laminador reversible de dos rodillos la pieza pasa a través de los rodillos, los cuales son detenidos y regresados en reversa una y otra vez. A intervalos frecuentes el metal se hace girar 90° sobre su costado para conservar la acción uniforme y refinar el metal completamente, se requieren alrededor de 30 pasadas para reducir un lingote grande a una lupia. Los rodillos superior e inferior están provistos de ranuras para alojar las diferentes reducciones de la sección transversal de la superficie. El laminador de dos rodillos es bastante versátil, dado que posee un amplio

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