GAPITULO 9

En el pasado, el trabajo en frío se realizaba por martilleo-de los metales blandos como el oro, la plata y el cobrecon fines de ornamentación. En la Edad Media se hacíaalambre tirando de varillas de hierro para hacerlas pasarpor agujeros progresivamente más pequeños practica-dos previamente en una plancha de acero. Tiempo des-pués se descubrieron las propiedades mejoradas de losproductos estirados en frío y así nació una nueva indus-tria. Después de la conformación en caliente en los tre-nes de laminación para acero, los perfiles de este metal(como barras, láminas y tubos) se descamaban y se vol-vían a procesar con los sistemas de conformado en frío.Hoy día, los productos conformados en frío comprendendesde las finas agujas hipodérmicas hasta los tramos deenormes tuberías para conducción; desde los filamentoscapilares hasta los grandes ejes para hélices de barcos.En la actualidad se puede fabricar casi cualquier formaconcebible por medio de uno o más procesos de confor-mado en frío. Mayores relaciones resistencia-peso, mejo-res acabados y tolerancias dimensionales más estrechasson algunas de las ventajas que presenta un metal traba-jado en frío con respecto a un metal trabajado en ca-liente.

OBJETIVOS

Al finalizar este capítulo, usted será capaz de:

1. Explicar los efectos del trabajo en frío sobre los' metales.

2.

3.

4.

PROGESODE LOS METALES¡TRABAJO EN FRÍO

Describir como se prepara el acero laminado en ca-liente y la forma en que se termina en frío en los tre-nes de aceración.Enumerar las operaciones de conformación en fríoy explicar sus principios, ventajas y usos.Justificar la diferencia entre las partes laminadas enfrío y las partes maquinadas; además, seleccionar elproceso adecuado para elaborar un producto en par-ticular.Elegir de entre las diversas operaciones de confor-mación en frío para fabricar un producto en par-ticular.

FACTORES OUE INTERVIENEN ENLOS PPOGESOS DE TRABAJO EN FBÍOUna de las características más valiosas de los metales esla que se conoce como plasticidad, o sea, la capacidad delos metales para deformarse permanentemente en cual-quier dirección sin agrietarse ni partirse. Las altas tem-peraturas, como en el trabajo en caliente, tienden aincrementar la plasticidad de los metales, pero la recris-talización que se suscite hace que éstos se suavicen, ha-ciendo que su resistencia mecánica sea más baja. Aldeformar el metal a temperaturas normales se obtienenresistencias y durezas más altas. La deformación plás-tica permanente sólo puede ocurrir bajo esfuerzos supe-riores al límite elástico o punto de cedencia (figura 1).Conforme progresa el trabajo en frío, se requiere másfuerza y la dureza del material aumenta hasta que se al-catl.za un cierto esfuerzo; en este punto el metal se rom-

5.

205

Acero de alto contenido de carbono

Hierro puro

Límite elásticoPunto de fluenciaResistencia máximaPunto de ruptura

206 PROCESO DE LOS METATES: TRABAJO EIU FBÍO

oo.:cfoNofog(oo)L(o(J

Deformación (deformación unitaria)

Figura 1. Arriba del esfuerzo de cedencia se requiere más es-fuerzo al continuar el trabajo en frío. La d en al diagrama indi-ca en donde ocurre la falla. (White, Neely, Kibbe, Meyer, Ma-chine Tools and Machining Practices, Vol. II, @ 1927, John Wiley& Sons, Inc.).

pe. A esto se le llama punto de ruptura y a menudo esligeramente menor que la resistencia máxima o última.Cuando los metales se trabajan en frío hasta un ciertopunto, la siguiente operación requiere fuerzas mayoresque las aplicadas previamente para deformar el metal aun mayor grado. Cada operación lleva al metal en par-ticular a una condición más cercana a su resistenciá úl-tima y a su punto de ruptura. El objetivo en el trabajoen frío de los metales es, por tanto, detener el procesocuando el material se encuentra todavía lejos de la falla.

El grado de deformación (cantidad de trabajo en frío)determina el nivel de tenacidad, resistencia mecánica,dureza y ducülidad aún presente. Así se pueden obtenerdiferentes especificaciones para un producto manufactu-rado. En el caso de la lámina de acero, por ejemplo, esposible producirla con durezas que van desde una cuartaparte de la dureza del acero hasta la dureza de éste. Elacero de un cuarto de dureza se puede doblar 180 gradossin romperse, en tanto que el acero de dureza media sepuede doblar solamente 90 grados y el acero de durezacompleta se puede doblar sólo 45 grados sobre un radioaproximado del espesor del material. si se necesita másdeformación, se recune entonces a un proceso de recoci-do para restaurar la plasticidad, que al mismo tiemporeduce la resistencia mecánica del metal y disminuye elesfuerzo que se requiere para deformarlo más. El pro-ceso de recocido que se hace al acero trabajado en fríose efectúa en ocasiones en una cámara de gas inerte pa-ra evitar problemas de oxidación. Cuando se hace estose le llama recocido brillante. Véase el capítulo 4, Tra-tamiento térmico de los metales, para el análisis de losprocesos de recocido. Algunas de las ventajas del tra-bajo en frío con respecto al trabajo en caliente son:

1. Tolerancias dimensionales más cerradas.2. Mejor acabado de superficies.3. Mejor maquinabilidad.4. Propiedades mecánicas superiores.5. Anisotropía muy marcada.

Algunas de las desventajas del trabajo en frío son:

1. El metal es menos dúctil.2. A veces se requiere recocido.3. Puede originar esfuerzos remanentes, lo cual ocasio-

na alabeo al maquinar.4. Se requiere maquinaria más potente.5. El calentamiento o soldadura posteriores cambian las

propiedades debidas al trabajo en frío y debilitan almetal.

Recuperación elásticaCuando un metal se somete a un esfuerzo dentro de suintervalo elástico se deforma, pero regresa a su formaanterior al liberar la carga. Si cargándolo más allá de sulímite elástico y dentro de su intervalo plástico se haceque el metal se deforme o adopte una forma dada per-manente se deformará permanentemente, pero retorna-rá en cierto grado a su forma anterior debido a sus pro-piedades elásticas. Esta característica de los metales quese conoce como recuperación elástica (figura 2), es laque debe considerarse en el diseño de dados y dispositi-vos para conformación y doblado. Como consecuencia,las partes se doblan varios grados de más o se planchano rebordean en exceso para compensar la recuperaciónelástica.

Ductilidad y maleabilidadLa ductilidad es la propiedad de un metal de deformarseperrnanentemente o de mostrar plasticidad sin ruptura si

(a) (ó)

Figura 2. Operación de trabajo en frío en la que se muestra larecuperación elástica. Cuando se conforma la lámina metálicacomo en a) y se remueve del dado como en b), el material regre-sa parcialmente a su forma original.

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Dado

LAMINADO EN CALIEIUTE EIU Et TREN DE ACERACÉN

Figura 3. Rodillos enderezadores. Los rodillos doblan alternadamente al metal ligera-mente más allá de su límite elástico en dos eje, de manera que al salir ya está derecho.

2o7

se somete a tracción. Todo metal que puede estirarsepara hacer alambre es dúctil. La capicidad de un metalpara deformarse permanentemente al someterse a com-presión recibe el nombre de maleabilidad. Los metalesque pueden llavarse a la forma de láminas o conformarsepor forja en frío son maleables. La mayoría de los meta-les dúctiles son maleables, pero algunos metales muymaleables como el plomo, no son muy dúctiles y no sepueden estirar con facilidad a la forma de alambt". etgu-nos metales dúctiles son el acero, el aluminio, el otol luplata y el níquel. Algunas aleaciones no ferrosas, como ellatón y el Monel también son dúctiles, pero la mayoríade las aleaciones de acero son menos dúitiles qrr. ei u."-ro al carbono simple. ohos metales y aleacionei, como elacero inoxidable, el acero con alto contenido de manga-neso, el titanio, el circonio y el Inconel, tienden a,,endu_recerse por trabajo" , es decir, a incrementar rápidamen-te su dureza al avanzar el proceso de trabajo en frío. Lamayoría de los metales tienden a endurecerse por traba-jo en cierto grado. Los aceros austeníticos inbxidablestienden a permanecer dúctiles hasta que alcanzan unadureza muy elevada. Ésta es .rnu piopiedad valiosacuando se tiene como requisito.t.u -uybr dureza y te-nacidad para un producto conformado en frío. El ieco-cido restaura la ductilidad y la suavidad de los metalesque se endurecel por trabajo. El endurecimiento por tra-bajo es a menudo una dificultad que se afronta en lasoperaciones de maquinado.

Preparación del acero laminado en calientepare laminación en fríoLas barras y planchas de acero laminado en caliente de-ben tener dimensiones,mayores que las requeridas por-que el proceso de acabado en fiío redu.ó rn seccióntransversal. En ocasiones estas piezas se enderezan ha-ciéndolas pasar por un juego de rodillos (figura 3). Lasuperficie debe estar limpia y libre de óxido.-Las barrasy planchas laminadas en caliente se colocan en un bañode ácido clorhídrico o sulfúrico para eliminar el óxido;a esta operación se le llama ataque o decapado químico.Luego se lava el ácido y se sumerge el u.éro en-agua decal para eliminar todo residuo de ácido. A veces eI u.erolaminado en caliente requiere recocido completo paravolverlo tan blando y dúctil como sea posibll antes deHevarlo a la operación de trabajo en fiío.

LAMINADO EN GALIENTE EN Et TRENDE ACERACIóNEl proceso de laminación en frío altera en forma perma-nente la estructura de los granos o cristales del metal,aplanándolos y alargándolos (figura 4). Después de reco-cido, el metal recristalizado puede vorveia trabajarseen frío, ya que la consistencia de los granos suaves per-miten que tenga lugar más deformación.

Los rollos o espiras de acero laminado en caliente ycon.decapado químico pasan por una serie de cajas dLlaminación a alta velocidad; es bastante común una velo-cidad de L a 2 millas/minuto. La tira comienza con un es-pesor poco menor d" * de pulgadu y longitud de al_rededor d" * de milla. óos mir,utos más tarde se ha re-

-ducido ya al-espesor de dos naipes y tiene más de 2 mi-

llas de longitud (figura 5). Despuésdel recocido, la tirapasa por una etapa de temple. Allí se le da el espesordeseado, se aplana, se le dala calidad de superficie y eltemple o dureza deseada. En ocasiones ie embárcael rollo completo a los clientes, mientras que otras vecesla tira enrollada se corta en tramos para émbarcarse co-mo piezas planas.

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Figura 4. El laminado en frío aplana y alargalos granos en ladirección de laminación (NeelytMetalturgy, 2a. eá., O lgg4,John Wiley & Sons, Inc.).

Rodillos enderezadores

208 PBOCESO DE tOS METALES: TRABAJO EtU FRÍO

Figura 5. Tren de estirado de cinta, en primer plano se ve eloperador en su consola y al fondo el tren de laminación (Ameri-can lron €¡ Steel lnstitute).

La fabricación de láminas de acero delgadas de altaprecisión fue posible gracias al laminador sendizmer (fi-gura 6). Originalmente se empleó para producir láminasdelgadas para equipo ligero de radar de aeronaves. Hoydía estas láminas delgadas se emplean en los programasespaciales. Este laminador produce también hoja de ace-ro de 0.003 pulg de espesor o menos para embalaje yotros usos. Los rodillos de trabajo de estos laminadoresson de diámetro bastante pequeño, de L a 2+ pulg, ya veces tienen varios pies de longitud. Se apoyan en ungrupo de rodillos de respaldo. La alta calidad de la su-

Figura 6. Laminador de Sendizmer paralaminación de tira de acero a tolerancias es-trechas. Sólo los dos rodillos centrales to-can al metal; el grupo externo de rodilloses para respaldo y apoyo. Estos laminado-res se utilizan para hacer tira delgada y ho-ja metiílica (American lron ú Steel lnstitute\.

perficie de la tira de acero se puede obtener puliendo conabrasivos. A la lámina y a la tira de acero inoxidable seles da a veces acabado de espejo antes de embarcarlas alcliente.

Los metales distintos al acero, como el aluminio, el co-bre y el titanio, se laminan también en barras, placas yláminas, utilizando métodos similares. Ambos procesosde laminado, en caliente y en frío, se emplean para lamayoría de los metales no ferrosos.

Fecubrim¡entos superf¡ciales aplicados ala lámina de aceroComo el hierro y el acero tienen tendencia a oxidarse enla presencia del oxígeno y la humedad, se han creadomuchos tipos de recubrimientos protectores. Uno de losprimeros fue el recubrimiento del hierro con estaño me-diante martilleo de este último sobre láminas de acero.Este método se conoce por lo menos desde el siglo xttt.El estaño no se corroe en la presencia de humedad y seune fácilmente al hierro limpio por inmersión en calienteo aplicándolo por el método electrolítico, que es el méto-do por el que se produce en la actualidad la mayor partede la placa estañada (figura 7). La película de recubri-miento de estaño sobre el acero puede tener un espesormenor que 0.001 pulg. Como los yacimientos disponi-bles de estaño se han reducido y la demanda de estemetal es tan grande, las compañías acereras han tenidoque buscar substitutos para el acero estañado. La chapade cromo se emplea a veces cotno substituto y, en la ác-tualidad, se usan otros recubrimientos para algunos fi-nes. La lámina de acero galvanizada se emplea comomaterial para techos comrgados, tubos de alcantarilladoy muchos artículos pequeños, como recipientes de acero

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CORTE DE PI.AIUTILLAS Y TROOUELADO 209

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Figura 7. Acero recubierto con estaño por el proceso electrolí-tico al salir de la línea de recubrimiento electrolítico (Cortesía deBethlehem Steel Corporation).

para cocina (figura 8). Las partes de acero para lanchas,dispositivos de alumbrado público y otros objetos metá-licos expuestos a menudo se galvanizan. Aunque el zincse puede depositar por procedimiento electrolítico, elmétodo de recubrimiento que prevalece es el proceso

Figura 8. Rollos de acero galvanuado reducido esperandoembarque. Estos rollos se producen en la moderna línea degalvanizado de la planta (Cortesía de Bethlehem Steel Corpo-

'ration).

de inmersión en caliente. En el tren de laminación delacero, el proceso es continuo y puede incluir un recubri-miento final de pintura que pasa por un proceso de seca-do en hornos. Las láminas galvanizadas y pintadassoportan la conformación y el doblado sin que se des-truyan sus recubrimientos protectores. Sobre el acerose aplican muchos otros recubrimientos para protegerlocontra el deterioro o pala realzar su apariencia. Éstos se

estudiarán en el capítulo 16, Corrosión y protección delos materiales.

CORTE DE PLANTILLAS Y TROOUELADOUna de las formas más versátiles del trabajo de los meta-les es la de convertir láminas planas y tiras metálicas enartículos útiles. Los metales laminados pueden penetrar-se, punzonarse o cortarse en plantillas para producir for-mas planas. Se pueden estirar o abombar para formarobietos como vasijas y charolas. Se puecien laminar paraformar conos o cilindros, o troquelar para conformar ca-

rrocerías de automóviles; además se les puede dar formapor muchas otras operaciones de conformación.

Aunque el corte de una plantilla es en realidad unaoperación de cizalleo, se incluye aquíporque es el primerpaso para conformar un producto a partir de lámina. Elcorte de plantillas es la operación de cortar una formaplana a partir de una tira de lámina met¿ílica en la que elmaterial que deja el corte es el que se utiliza. Si el mate-

Figura 9. Juego de dados para corte de plantillas en una pren-sa; se ilustra un punzón haciendo plantillas redondas (Cortesíade Aluminum Company of America).

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21o

rial que se obtiene del hueco cortado es el desecho, laoperación se conoce como punzonado; este proceso per-mite hacer un hueco de cualquier forma. La perforaciónconsiste en cortar agujeros redondos (generalmente pe-queños) en lámina metálica; si los agujeros son peque-ños y muy próximos, se le conoce como banenado.Cuando se requieren grandes cantidades, el corte deplantillas se hace generalmente empleando un punzón yun dado comunes (figura 9). Por lo general, el proceso seutiliza sólo para lámina delgada, pero también se puedepunzonar o cortar en plantillas de material más grueso,dependiendo de factores como la capacidad de la pren-sa, el tamaño de la plantilla y el espesor del material (figu-ra 10). Algunas plantillas se pueden cortar a menor preciopor medio de cizallas circulares (figura 11) o vibrantes (fi-gura 12). Cuando se necesitan formas cuadradas o rectan-gulares, las plantillas se pueden cortar con cizallas decortina para lámina metálica (figura 13). Las plantillasplanas también se pueden cortar con una sierra de cintavertical o caladora, apilando varias piezas (figura 14). Sepueden emplear además cizallas de mano motorizadas (fi-gura 15). Es evidente que utilizando cualquiera de estosmétodos para cortar plantillas la producción es muchomás lenta que cuando se usa un juego de dados, y sóloson útiles cuando se trata de producir pocas partes.

En la figura 9 se ilustran los componentes básicos delos juegos de dados para perforación y corte de planti-llas; como se ve en la figura, son un punzón, un dado yuna chapa eyectora. El portapunzón (placa superior) deldado está sujeto al ariete, la cual mueve el punzón haciaadentro y hacia afuera del dado. El portadado del juegode dados (placa inferior) está sujeto a la placa portaes-

Punzón sin temple para conformación de preformas ordinarios

El punzón se debe templar a

Rockwell C6O-C62 paraperforar o penetrar

Holgura-3-57odealargamiento para revenidosblandosS-7o/odealargamiento para revenidosduros y aleacionesresistentes

El dadotemplarc60-c6

PBOCESO DE LOS METATES: TRABAJO EN FRfO

Ángulo desalida 3/e o

Figuna 11. Cizallas circulares cortando un disco grande (Nía-gara Machine ú Tool Works).

tampa de la prensa. Los postes guía del grupo de dadossobre los cuales se deslizan los cojinetes, mantienen elalinearniento preciso de los cortadores del dado. La placaeyectora remueve la tira de material del entorno de lospunzones para corte de plantillas y penetración. La tirade material se hace avanzar después de cada carrera depunzonado con un mecanismo alimentador.

Otro método para cortar plantillas consiste en utilizardados de regla de acero (figura 16). Originalmente este

Figura 12. Recortadora duplicadora. Esta máquina corta l¿ámi-na met¡ílica con un pequeño punzón oscilador. En la ilustraciónse mueve a lo largo de una plantilla para duplicar la forma(Heck lndustries, lnc.).

Troquelado recto - % pulg mínimopara trabajar espesores de metal deVa de pulg y menores, o igual al es-pesor del metal para piezas de másde 1/s pulg de espesor

Figura 1O. La dureza y la holgura de las herramientas paracorte de plantillas pueden variar con el tipo de lámina met¿flicaque se utilice (Cortesía de Aluminum Company of America).

se debea Rockwell2

EsnRADo, cotuFoRMAcÉN Y ExrRUsÉru oe METALES 211

Madera laminada"Hy-du-lignum"

Ensamble de dados en regla de acero

Sub-base

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Figura 13. Cizalla de guillotina para cortar lámina y plancha.

Figura 14. Aserrado con cinta de una pila de plantillas.

Figura 15. Cizalla motorizada manual para corte de plantillas'de lámina metálica (Robert Bosch Power TooI Corp.).

Removedor

de acero

Figura 16. Técnica de corte de plantillas con dados de regla de

acero (Cortesía de Aluminum Company of America).

método se usó para cortar materiales blandos como car-tón, tela y madera contrachapada, pero en la actualidadse aplica a metales. Se sujeta una banda de acero porsu borde a una ranura de la placa del dado superior.Unos cojines de neopreno reemplazanla placa eyectoranormal. Los dados de rggla de acero tienen una vida útilde alrededor de 100 000 ciclos. Los dados comunes paracorte de plantillas pueden producir tres veces más partesantes de que sea necesario afilarlos. Se puede emplearun dado inferior abierto o una loseta sólida de arce ode uretano para cortar aminorando el costo.

Cuando las prensas mecánicas (figura17) están dota-das de series de dados punzonadores y conformadores,se puede lograr la fabricación continua de productos.Las partes para cajas de tomas eléctricas se conformana partir de solera de acero (figura 18).

ESTTRADO, CONFORMACTóN y EXTPUSIÓNDE METALESEs fácil imaginar al metal fundido fluir por gravedad a

los moldes y al acero ablandado por calentamiento alrojo blanco martillarse o forzarse a una forma dada.También son familiares la dureza y la tenacidad de losmetales fríos. Es más difícil entender cómo se puede ha-cer fluir el metal frío cuando se aplica suficiente presión.Prácticamente, toda operación que se efectúa en calientese puede hacer en metales fríos, pero el límite en cuantoal tamaño de estas partes lo fijan el tamaño y la potenciade la maquinaria. Como el costo de calentamiento delmetal se elimina en la conformación en frío, éste es unmétodo menos costoso, especialmente para las partes

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Puntos de soldadura

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212 pROCESO DE LOS METATES: TRABAJO EIU FRÍO

Figura 18. Las cajas para tomas de corriente se punzonany conforman con una secuencia de dados progresivos (Fotocortesía de The Minster Machine Company).

más pequeñas, además de que no ocurren daños térmi-cos en los dados.

La combinación de la conformación en caliente y enfrío ofrece como ventaja la reducción de los costos deequipo cuando se requieren varias operaciones y a me-nudo se reducen tanto la necesidad de maquinado se-cundario como el personal de operación. Las partes másgrandes se pueden conformar en caliente /, posterior-mente, se les puede dar un acabado mediante métodosde conformación en frío. Hay una nueva tendencia haciala conformación a temperaturas medias, que se empleacuando los metales que son difíciles de trabajar en frío,como el titanio, el acero inoxidable y algunos aceros alea-dos, se pueden conformar con presiones y esfuerzos me-nores que los de conformación en frío. Por ejemplo, laspistas para cojinetes se conforman en la actualidad atemperatura media o "tibia" en acero aleado tenaz; pos-teriormente, se templan y se rectifican a esmeril. Los ace-ros que contienen más de 0.40o/o de carbono son difícilesde conformar en frío pero se pueden conformar a tempe-raturas medias es decir, abajo de la temperatura detransformación pero a la temperatura de recristalización

Presión delsujetador

Comprensión del collarín

Doblez

Enderezado

Fuerza de estiradoTensión de pared

' >* Tensión

Sujetador de la preforma

Punzón

Preforma

Figura 19. Fuerzas que se aplican a una preforma durante laoperación de estirado en frío (Cortesía de Aluminum Companyof America).

Figura 17. Prensas mecánicas,extensamente para punzonado,ción de tira de lámina metálicaMnchine Company).

como la que se ilustra, se usancorte de plantillas y conforma-(Foto Cortesía de The Minster

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Figura 2O. Partes cortadas en preformas y estiradas que mues-tran la secuencia de la operación de estirado (Cortesía de Alu-minum Company of America).

o arriba de ésta, alrededo r de 482"C (900 oF) para losaceros. La conformación a estas temperaturas puede in-crementar substancialmente la producción para algunosmateriales.

El acuñado y el abombado o conformación en mame-lones, son operaciones de estampación que conformanla superficie del metal. Las impresiones de letras, cifras

. 43.850 pulg R

EC?TDANII COilFORMACÉil Y EXTFUSIóru OC METALES

Primera operación de estirado

14.314 pulg

-T10 t/. oulg

I Segunda operación de estirado

139.015 pulg R'. 96.923 pulg R

'/: pulg R

% pulg R

fercera y cuartaoperaciones de estirado

Figura 21. Secuencia de reducciones en el estira-do de una caja rectangular de aleación de aluminio6061 (Cortesía de Aluminum Company of America).

1 1.330 purs

\Tercer estirado-estirar a 1 I pulg oe profundidad,

luego efectuar tratamiento térmicoCuarta estirada-estirar a 1 2 pulg de profundidad

213y figuras se conforman presionando sobre el metal. Or-dinariamente se emplean prensas de junta de rófula paraacuñar y conformar abombamientos, ya que estas má-quinas son de construcción rígida, tienen carreras cortasy rápidas y ejercen presión intensa durante la ultima par-te de la carrera como resultado de la acción de la junta derótula. Véase el capítulo I para una descripción de lasprensas de junta de rótula.

Estirado de plancha, lámina y papel metálicoEsta clase de procesos de estirado consiste en conformaruna pieza de metal a una forma hueca aplicando fuerzacon un punzón a la porción central del metal. El punzónestira al metal al interior de una cavidad abierta en eldado (figura 19). En esta operación el metal se estira so-bre las paredes laterales y se le hace tomar un espesorexacto. El estirado de la lámina metálica se realiza gene-ralmente en una prensa vertical.

El corte de plantillas y la perforación o barrenado secombinan a veces en una sola operación en procesos demanufactura continua de partes pequeñas tales como ce-niceros y tapas de botella. Esto se hace generalmente conseries de dados progresivos (figura 20). El estirado pro-fundo se hace con varias prensas, cada una de las cuales

3.073 pulg R

23.57 pulg R,

1- 27'4+a outn

214 PROCESO DE LOS METALES: TRABAJO EN FRfo

tiene un dado diferente que contribuye a la forma final(figura 21). Cuando se tiene que reducir aún más el espe-sor de pared e incrementar la longitud de las partes,como en la manufactura de casquillos de cartuchos, seutiliza un proceso de planchado (?iguras ?2y 2J). En oca-siones se requiere un recocido entre las etapas deprensado.

Estirado de barra, tubo y alambreDespués del decapado químico y la limpieza para remo-ver el óxido las barras laminadas en caliente, se reducenen su sección transversal tirando de ellas para hacerlaspasar a través de un dado de sección ligeramente menor.Esta operación se efectúa en un banco de estirado (figu-n24). El proceso de estirado endurece al metal y le daun acabado terso adecuado para flechas o ejes de ma-quinaria.

Los tubos sin costura también se estiran en frío en unbanco de estirado; la única diferencia que hay en la ope-ración es que se coloca un mandril dentro del tubo paraadelgazar las paredes y proporcionar un acabado interior(figura 25). Debido a esta operación de acabado y al ma-yor costo del tubo penetrado sin costura, el tubo sin cos-tura estirado en frío es más costoso que el tubo soldadoa tope. El tubo de acero sin costura, después de someter-lo a una operación de pulido abrasivo, se utiliza en lafabricación de cilindros hidráulicos y en los diámetrosmás pequeños se emplea en tuberías de alta presión queconducen aceite u otros fluidos.

El estirado de alambre sigue básicamente el mismoproceso que el estirado de barras, con la excepción deque en éste intervienen diámetros de metal mucho me-nores y de que es un proceso continuo (figuras 26y 27).El alambre se estira haciéndolo pasar por una serie dedados, cada uno de diámetro ligeramente menor que elanterior. Se tira del alambre por medio de un cabrestanteo tambor giratorio situado entre cada juego de dados. Sehace circular refrigerante sobre los dados el cual actúacomo lubricante y enfría al dado, ya que ésta es una ope-ración de conformación en frío en la que se libera ca-lor indeseable. El alambre terminado se enrolla en uncarrete.

Forja en fríoLafo\a, cabeceado o moldeado en frío es un proceso derecalcado de metales que se efectúa en máquinas diseña-das para la producción rápida de partes pequeñas a partirde alambrón (figura 28). Las máquinas recalcadoras se cla-sifican según el di¿ímetro m¿íximo de alambrón que cortan.Por ejemplo, un cabeceador en frío de fr de pulgadapuede cortar a cizalla acero hasta du * de pulgada dediámetro. En estas máquinas se producen generalmentesólo partes pequeñas como preformas para tornillos ypernos, remaches y cojinetes de bolas, aunque algunasmáquinas son capaces de conformar partes mucho más

Anillo del dadoCasco estirado

Punzón

Orientación de partes y herramientas

lniciación de la operación de planchado

Observe la localización de A enel punzón con respecto al

extremo del casco en cada etapa

Etapa final

Figura 22. Planchado de un casco estirado (Cortesía de Alumi-num Company of America).

Portadado

Figura 23. Reducción múltiple con dados de planchado apila-dos (Cortesía de Aluminum Company of America).

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Etapa intermedia

EST|RADO, CONFORMACÉil y EXTRUSÉN DE METATES

Figura 24. Banco de estirado para barra sólida.

Tubo de pared

Figura 25.sin costura.

Banco de estirado para tubo

Figura 26. Batería de máquinas modernas para estirado dealambre. La varilla entra a la izquierda, se reduce en tamaño alpasar por dados sucesivos, y finalmente se enrolla a la derecha(Cortesía de Bethlehem Steel Corporation).

Figura 27. Amplificación de la sección transversal en el estira-do de alambre a través de un dado (White, Neely, Kibbe, Me-yer, Machine Tuols tnd Machining P ractices, Y ol. I, @ 1977, JohnWiley & Sons, Inc.).

215

Figura 28. Máquina para recalcado de alambrón (Ilustracióncortesía de National Machinery Co.).

Carburo de tungsteno

21A PROGESO DE LOS METATES: TPABAJO Elll FRÍO

Figura 29. Exposición de partes forma-das por recalcado en frío (Ilustración cor-tesía de National Machinery Co.).

grandes (figura Z9).Laaplicación más importante de lasmáquinas recalcadoras se encuentra en la formación decabezas en elementos de sujeción como remaches y tor-nillos. Las roscas se conforrnan posteriormente por lami-nación sobre las preformas, con lo cual se les da unaresistencia mecánica y resistencia a la fatiga mucho ma-yores que las que tienen los tornillos con rosca cortada(figura 30).

Figura 3o. Estructura cristalina de una preforma para torni-11o conformado en frío (Ilustración cortesía de Nationat Machi-nery Co.).

En el pasado, la mayoría de los elementos de suje-ción roscados se hacían en máquinas tornilladoras auto-máticas que torneaban la parte a partir de varilla y luegola roscaban con un dado, a lo cual seguía una operaciénde corte a tamaño. El uso de máquinas tornilladorasautomáticas es necesario cuando se trata de formas com-plejas de alta precisión, pero son mucho más lentas quelas máquinas para formar cabezas en frío; una parte pe-queña hecha en L0 segundos es aceptable en una máqui-na automática. La producción en las máquinas recalca-doras puede ser hasta de 36 000 piezas por hora pararemaches pequeños y las preformas para tornillos delNo. 8 se pueden fabricar a razón de 27 000 por hora.Los pernos de f de pulgada de diámetro se pleden ca-becear, conformar su punta y roscar a una velocidadde 1,5 000 por hora. Otra ventaja de conformar las par-tes radica en que no se desperdicie material porque nose corta casi nada de rebaba en el maquinado. Hay tam-bién menos piezas defectuosas con el proceso de re-calcado.

En la figura 3L se ilustra el proceso y la secuencia deuna operación de cabeceado en frío. Al alambrón o a lavarilla se les da forma de cono antes de hacer la cabeza,ya que lapiezasin apoyo tiende a pandearse si se formaprimero la cabeza. En la figura 32 se ilustran varias ma-neras de hacer el recalcado; algunas partes se recalcancon el punzón, algunas en el dado, algunas en el punzóny el dado y otras entre el punzón y el dado. Las cincooperaciones básicas que se realizan en las máquinas deconformación en frío aparecen en la figura 33. Las com,binaciones de éstas dan a la conformación en frío granversatilidad. Un ejemplo es la conformación del cuerpo

-l 'i-

ilAlambre

"r

Determinado por la cantidad de

RECALCADO CÓruICO3-114 diámetros

Máximo =2% x J

material que lleva la cabezadiám.

medio J

-*l l*L % x diám. Boca del cono

del alambre o menor 1.25 x diám. del alambre

Figura 3í. Recalcado en cono. Secuencia de operaciones en el recalcado de una cabe-za de tornillo (Ilustración cortesía de National Machinery Co.\.

Perno dedisparo g¿6e Preforma Punzón

217

BCF

de una bujía (figura 34). La figura 35 muestra la progre-sión de recalcados y extrusiones utilizados para hacer elposte central de una bujía. Esta secuencia de operacionesy el herramental que interviene aparecen en la figura 36.

Las preformas para tuercas se hacen en conformado-res de cuatro o de seis dados (figura 37).Laoperación essimilar a la de cabeceado y recalcado en caliente de pre-formas de tuercas que se analizó en el capítulo 8. Comoen otras operaciones de recalcado en frío, la ventaja so-bre la conformación en caliente radica en una mayor pro-ducción y un menor costo. En la figura 38 se ilustra unasecuencia de conformación de tuercas en cuatro dados.

Gonformación en frío de noscas, üornillossinfín y engranesAunque la conformación de roscas y engranes no es unaidea nueva, es bastante adecuada para formar parte deuna nueva tendencia hacia el proceso continuo de losmetales. Idealmente, el proceso iría desde el mineral cru-do hasta el vaciado continuo, los trenes de laminación, elrecalcado y la conformación en rodillos para llegar al pro-ducto terminado. En tal sistema se reduciría el desperdi-

ESTIRADO, COIUFORMACÉN Y EXTRUSÉN DE METATES

Volumen final del recalcado - área B: longitud ALongitud A -:- diámetro B : número de diámetros nominalesDiámetroB x 1.25: diámetroC(Área B + área C) - 2 = área media Dsección de volumen AB - sección de volumen EB : sección de volumenSección de volumen BCF - área media D = longitud F

]-

F

onst-

t

)Cabeza que se forma

en el punzón

Cabeza formada en el dado

Cabeza formadaen el punzón y

el dado

Cabeza formada entreel punzón y el dado

€al,al-nnD

bt-no

Figura 32. Formas de hacer el recalcado (Ilustración cortesía'de National Machinery Co.).

RecalcadoCono

218 PFOCESO DE LOs METALES: TRABAJO EN FRfO

Figura 33. Cinco operaciones básicasrealizadas en las máquinas conformado-ras en frío. Las combinaciones y varia-ciones de estas operaciones dan al con-formador en frío una amplia gama deaplicaciones (Ilustración cortesía de Na-tional Machinery Co.).

Figura 34. Desde la preforma hasta el cuerpo de la bujía ter-minado en una máquina de seis etapas de conformado (Ilustra-ción cortesía de National Machinery Co.).

Figura 35. Secuencia de recalcado y extrusiones que se usapara hacer el poste central de las bujías (Ilustración cortesía deNational Machinery Co.).

Perno cargado con aire

l*--f Punzón

I I Carcasa del[ | punzón'\ l-*-1 I ,___ ^__

Figura 36. a) Un pemo con carga neumática punzona la preforma del poste central de

bujía en el dado. b) Un dado fuerzalos insertos hasta posiciones cerradas. c) El avance

continuo del perno recalca al metal en la cavidad formada por los insertos. d) Al retirarla caja de punzonado, se abren los insertos para dejar claro para un diámetro de recal-

cado mayor (Ilustración cortesía de National Machinery Co.).

I

Extrusión hacia Extrusiónadelante hacia atrás

Operación deconformado Perfilado Penetración

EST|RADO, CONFORMACÉil Y EXTRUSIÓ]U DE METATES 219

s€ usaesía de

Figura 37. Conformadora de tuercas de cuatro etapas (Ilustra-ción cortesía de National Machinery Co.).

Figura 38. Conformación de tuercas en cuatro etapas. La hile-ra superior de operación muestra la conformación hecha Porlos punzones; la fila inferior muestra la conformación que se

hace en los dados. El primer golpe recalca la preforma e inicia laconformación hexagonal. El segundo golpe desplaza al metaldel centro del blanco hacia las esquinas del hexágono. El tercergolpe termina ambas caras y marca el agujero para el Punzona-do. El golpe final termina de punzonat lapieza, conformandoel agujero. Este método es de flujo controlado de metal, conlo cual se logran tuercas de alta calidad (Ilustración cortesía de

National Machinery Co.).

abezal de roscar

Diferencia en distancia alensanchamiento de tope

cio y se eliminarían la transferencia y el embarque de losmateriales.

La conformación de roscas externas por el proceso delaminación en rodillos de roscas de tornillo es una oPera-ción que se lleva a cabo después del cabeceado en frío delas preformas para tornillo. Las roscas se pueden elabo-rar también con operaciones de maquinado en prefor-mas conformadas en frío. La decisión de maquinar lasroscas o hacerlas Por laminación se Puede basar en va-rios factores.

1.. Pasticidad La magnitud de deformación requeridaestá relacionada directamente con la plasticidad delmetal. Algunos grados de aluminio, la fundición grisy los metales inyectados no pueden laminarse debidoa su alargamiento y reducción de área insuficientes.

2. Endurecimiento por habaio La mayoría de los acerosinoxidables y los aceros de alto contenido de manga-neso se endurecen rápidamente al trabajarse en frío,por lo que estos metales no se prestan para la lamina-ción en frío.

3. Diseño de la pieza de trabajo Algunas partes no sonadaptables para la conformación en rodillos; porejemplo, las que llevan roscas demasiado cercanas a

la cabeza (figura 39). Algunas roscas con conicidad ycuando se trabaja con preformas inexactas se debenusar operaciones de corte en vez de conformar en ro-dillos.

4. Acabado La conformación en rodillos es muy supe-rior al corte de roscas si el acabado es una considera-ción de importancia.

5. Dureza de la superficie El proceso de conformaciónde roscas en rodillos produce una dureza superficialmayor (figura 40) que ofrece buena resistencia al des-gaste e incrementa la resistencia a la fatiga del metalen el fondo de los hilos de la rosca.

6. Velocidades mayores Generalmente, la conforma-ción de roscas en rodillos es una operación algo másrápida que el corte de roscas con dados.

Rodillo de rosca

Figura 39. Si la rosca tiene que llevarse hasta cer-ca de la cabeza, el corte es mejor que la conforma-ción entre rodillos.

22f¡ PBOCESO DE LOS METALES: TRABAJO Elu FRÍO

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Figura 4O. Sección longitudinal de unelemento de sujeción hecho de acero ino-xidable 304 que fue trabajado en frío, con-formando la rosca entre rodillos en estadorecocido. Se observa austenita resultadodel trabajo en frío (y, probablemente, al-go de martensita) en elárea situada inme-diatamente abajo de la superficie de larosca formada por laminación (50 X) (Me-tals Handbook, Yol. 7, 8a. ed., AmericanSociety for Metals,1972, p.134. Con auto-rización).

Figura 41. Las roscas conformadas por la-minación tienen superficie más dura quelas cortadas y son generalmente más resis-tentes.

7. Resistencia a la tracción Las roscas conformadas enrodillos son más resistentes que las roscas cortadasdebido a la reorientación (figura 41).

Las máquinas para conformar roscas entre rodillos tienendos o tres rodillos roscados y endurecidos entre los cua-les se forman las roscas sobre las preformas. Se empleanvarios métodos para conformar lás roscas, estrías, torni-llos sinfín y engranes: conformación de intra-alimenta-ción, con alimentación pasante, el método recíproco, elmétodo de intra-alimentación-alimentación pasante-sali-du y el método automático continuo.

Las roscas interiores se cortan a menudo usando ma-chuelos, pero también se pueden conformar utilizandomachuelos conformadores de roscas (figuras 42 y 43).

Como en la conformación de roscas entre rodillos, el me-tal se desplaza para formar los hilos, con lo cual se en-durece por trabajo y se vuelve terso. Ambos métodos, elde corte y el de conformación para rosc¿ls intemas, son pro-cesos muy rápidos y la selección de método se puedebasar en los mismos factores que se consideran para laconformación de roscas externas entre rodillos.

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Rosca cortada

Figura 42.Elroscado de tuercas en producción se hace gene-ralmente con machuelos doblados para hacer de éste un proce-so continuo.

Rosca formada entre rodillos

Machuelo cónico dezanco flexionado

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Figura 43. Machuelos formadores de roscas (Cortesía deDoAll Company).

EngranesUn tornillo sinfín es una ranura en espfual o helicoidal, si-milar a la rosca de un tornillq que embona con un engra-ne para tornillo sinfín para transmitir movimiento. Tradi-cionalmente los tornillos sinfín se fabricaban en tornos oen fresadoras por ser partes que necesitan muy alta pre-cisión. Es posible alcanzar la precisión requerida median-te el proceso de conformación en frío entre rodillos con laventaja adicional de que la parte recibe un acabado muyterso y una superficie endurecida por trabajo. Esto redu-ce la fricción y proporciona una vida de servicio más lar-ga. En este proceso la preforrna se coloca en una máquinaconformadora de rodillos y se desplaza entre ellos en elproceso de intra-alimentación, en el cual se aplican cien-tos de toneladas de presión al girar los rodillos y la pre-forma con lo que se produce la forma del tornillo sinfín.

Los engranes helicoidales y rectos se conforman exac-tamente como los tornillos sinfÍn. Los engranes más pe-queños se conforman en frío, pero los más grandes y condientes más burdos se conforman en caliente. Los engra-nes de alta precisión requieren una operación de aca-bado. Aun los engranes cortados a máquina requierenuna operación de acabado que consiste en el rasuradoo rectificado de los engranes a esmeril. Esto se analizarácon mayor extensión en el capítulo 12.

Extrusión en fríoÉste es un proceso para producir tramos largos de diver-sas formas, como varillas, tubos y viguetas estructurales.Por lo general, sólo los metales blandos con bajos esfuer-zos de cedencia se someten a e<trusión en frío; los metalestenaces como el acero, se someten a dicho proceso encaliente.

Métodos de extrusión Existen tres métodos básicosen el proceso de extrusión: el directo, el indirecto y el deimpacto. En el proceso de extrusión, el metal se pasa a

través de un dado que tiene la forma deseada usandopresiones extremadamente elevadas, con lo cual el metal

'se deforma plásticamente y fluye a través del dado to-

EST|RADO, COTUFORMACÉil y EXTRUSÉil

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Fuerza€

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DE METATES 221

Figura 44. Extrusión directa. Las líneas de flujo muestran laforma en que el metal se empuja hacia afuera del dado median-te grandes fuerzas. Los metales más blandos se procesan gene-ralmente por extrusión en frío, mientras que los más durosse llevan hasta la temperatura de forja antes de la extrusión(Neely/Metallurgy,2a, ed., O 1984, John Wiley & Sons, Inc.).

mando su forma. Los metales blandos como el plomo, se

pueden someter a extrusión con presiones bajas de alre-dedor de 20 toneladas/pulg2, pero se requieren presio-nes mayores para el aluminio, el latón y otros metales noferrosos.

La exbrrsión directa (figura 44) se emplea comúnmen-te tanto en extrusiones en caliente como en frío. La ex-trusión directa se utiliza extensamente para producirformas especiales que no se producen en los trenes delaminación. El costo de los productos laminados es con-siderablemente menor que el de las formas obtenidaspor extrusión y el acabado superficial es mejor. Como elcosto de los dados de extrusión es menor que el de losrodillos, las extrusiones son más prácticas cuandó los lo-tes son pequeños.

La extrusión indirecta (figura 45) tiene la ventaja decrear menos fricción, pero la longitud restringida de laextrusión y el equipo adicional limita la utilidad de estemétodo.

La extrusión por impacto (figura 46) se emplea parahacer productos como tubos colapsables (para pasta dedientes) y latas para refrescos a partir de metales blandoscomo el aluminio. En el proceso de la extrusión por im-pacto una pieza gruesa de metal se coloca en la cavidadde un dado. Lapieza se golpea con un punzón que tieneel tamaño y la forma del interior de la parte. El impactodel punzón es suficiente para ocasionar que el metal dela preforma fluya rápidamente hacia el espacio compren-

Trozo de metal Dado

Forma extruida

Figura 45. Extrusión indirecta.

PROGESO DE tOS METATES: TRABAJO EN FRIO

Figura 46. Método de conformación detubos de pared delgada por extrusión porimpacto. Se coloca una preforma planaen el dado a) y se baja rápidamente elpunzón con un solo golpe b). El materialde la preforma fluye hacia arriba alrede-dor del punzón. Cuando se retira el pun-zón, una placa botadora retira el tubo(Neely/Metallurgy,2a. ed., @ 19U, ]ohnWiley & Sons, Inc.).

dido entre el punzón y la cavidad del dado. La parte se

adhiere al punzón y se retira con un botador estacionarioal retirar el punzón. La extrusión por impacto es un mé-todo de producción muy rápido para conformar metalesen frío.

DOBLADO, ENDEREZADO y CONFORMACIóruENTRE RODILTOSEl doblado se refiere a un doblez simple a lo largo de uneje. Cuando se hacen dos o más dobleces simultánea-mente, como por ejemplo con un dado, el proceso recibecomúnmente el nombre de formado o estirado. El dobla-do de los metales ocasionan una deformación plásticacon respecto a un eje lineal, y produce poco o ningúncambio en el área superficial del doblez. El eje neutro deldoblez (figura 47) no está situado en el centro, equidis-tante a las superficies exterior e interior del doblez, yaque el esfuerzo de cedencia de los metales sometidos acompresión es ligeramente mayor que a tracción y estohace que se abulten los lados internos de compresióndel doblez, mientras que el lado exterior sujeto a tracciónse adelgazay reduce su ancho. Como en otras operacio-nes de conformación en frío, el metal tiene una tenden-cia a desdoblarse; ésta varía considerablemente en losmetales. Por ejemplo, el plomo casi no tiene recupera-

Eje neutro ;^"""'"t

Tubo-sometia extrus

X""."(b)

netidotrusión

ción elástica y el aluminio blando tiene muy poca, pero elacero inoxidable 301Ia tiene en considerable magnitud.

Las máquinas que hacen dobleces agudos o de radiopequeño en lámina metiflica se llaman dobladoras de ba-rra (figura 48). Estas herramientas se utilizan para doblarlámina metálica para perfiles arquitectónicos, tubos parahornos y acondióionamiento de aite y productos de úmi-na metálica. Cuando se requiere hacer dobleces en lá-mina met¿ílica más gruesa o cuando se necesitan doblecesmás complejos, se utiliza una prensa de presión (figuras49 a54). Estas máquinas están diseñadas para hacer ca-rreras cortas de profundidad predeterminada, y se accio-nan ya sea con cilindros hidráulicos o en forma muyparecida a una prensa punzonadora de manivela.

El doblado en rodillos (figuras 55 asn se emplea paraconformar partes curvas, cilindros o anillos. El metal uti-

Figura 48. Dobladora de barra. Estos dispositivos se utilizanpara doblar lámina metálica ligera.Figura 47. Doblez simple con respecto a un eje.

DOBLADO, ENDEREZAOO Y COIUFORMACÉN ENTRE RODITLOS

loón

Figura 49. Prensa conformadora vertical (Clausing MachineTools).

Formación de canales Deformación ligera

Costura de cierreFormación de radios Pittsburgh de dos pasos

223,

Primera operación Segunda Operación

Figura 51. Conformación de ojillos en prensa en dos etapas(Cortesía de Aluminum Company of America).

Figuna 52. Conformación de lámina cormgada en prensa(Cortesía de Aluminum Company of America).

lnicio Terminación

Figura 53. Prensa con resorte y cojín de presión en el dado in-ferior (Cortesía de Aluminum Company of America).

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F

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Aplanamiento

+

Conformación con Doblez en V condesplazamiento ángulo de 9Oo

Doblez en V conángulo agudo

Figura 5o. Herramientas típicas de prensa conformadora(Cortesía de Aluminum Company of America).

Terminación

224

Figura 54. Herramientas de prensado con dado de uretano(Cortesía de Aluminum Company of America).

Figura 55. El doblado entre rodillos se utiliza para conforrnarpartes cilíndricas (Cortesía de Alumínum Company of America).

Figura 56. Máquina dobladora con rodillos verticales. Se pue-den llevar barras pesadas a la forma de anillos con esta máqui-na (Buffalo Forge Company).

PROGESO DE LOS METATES: TPABAJO Eit FnfO

Figura 57. La dobladora de rodillos de apriete se utiliza parallevar perfiles diversos a la forma de anillos (Buffalo Forge Com-pany).

Figura 58. Máquina conformadora de rodillos (Cortesía deAluminum Company of America).

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DOBLADO, ETUDEREZADO y COTUFOFMACÉil EilTRE RO¡,¡ILOS

lnicio

225

Ifam-

Figuna 59. Perfiles típicos conformados entre rodillos (Corte-sía de Aluminum Company of America).

lizado puede variar desde lámina met¡ílica delgada hastabarras o planchas de gran espesor. Las placas, barras yperfiles estructurales se conforman con este método.

La conformación en rodillos en frío (figura 58) consis-te en doblar una tira o solera plana a una forma complejacon una serie de rodillos, cada uno de los cuales contri-buye para llegar a la forma final. Los canales, molduras,vistas para edificios, y láminas acanaladas se conformancon este método (figura 59).

El enderezado o aplanado es un proceso diseñado pa-ra eliminar dobleces indeseables del metal. Las l¿íminas obarras se pueden enderezar haciéndolas pasar por unaserie de rodillos, como se ilustra en la figura 3. El metalse dobla hacia adelante y hacia atrás hasta un punto querebasa ligeramente su límite elástico, con lo cual se elimi-nan las de formaciones previas. Las secciones gruesas seenderezan en una prensa aplicando presión sobre el do-blez mientras se sujeta la parte en dos puntos.

La conformación por estirado de la lámina metálicadelgada se realiza extendiéndola sobre una forma o dadocon el perfil deseado. Esto se hace en una máquina quetiene mordazas de sujeción que se accionan mecánica ohidráulicamente (figura 60).

La conformación por estirado de envolvente (figura6L) es similar a la conformación por estirado. Primero, la

Figura 6O. Conformación por estirado (Cortesía de Aluminum'Company of America).

Figura 61. Conformacién por estirado envolvente (Cortesíade Alumínum Company of America).

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-_--_---____--_ffifrr^fin,Figura 62. Conformación por estirado por tracción (Cortesíade Aluminum Company of America).

preforma se estira más allá del punto de cedencia y luegose envuelve alrededor de un bloque con la forma. Laconformación por estirado por tracción (figura62) es unproceso de estampado de poca profundidad en el que sejuntan dos dados (inferior y superior) para formar unalámina estirada. Las principales ventajas de la conforma-ción por estirado son que se reduce en forma importantela recuperación elástica, se eliminan prácticamente lasanugas y reduce el costo del herramental.

Los procesos de conformación de alta energía repre-sentan grandes deformaciones de la piezade trabajo. Lastécnicas más importantes de este tipo son la química (ex-

,plosiva), la electrohidráulica, la electromagnética y laconformación mecánica de alta energía.

La conformación explosiva (figura 63) se emplea pataoperaciones como producción de partes metálicas, recu-brimientos, juntas y conformación de partes con metalpulverizado.

El trabaio electrohidráulico de metales (figura 64) essimilar a la conformación explosiva, pero en vez de pro-ducir una explosión química para obtener ondas de cho-que, un arco eléctrico formado a lo largo de un puentede alambre sumergido en un líquido proporciona la altaenergía necesaria para dar forma al metal.

Con la conformación explosiva prácticamente no exis-te límite de tamaño ni de espesor de placa para fines deconformación. El proceso es relativamente lento pero lainversión original es también baja. Se reduce la recupera-ción elástica. Grandes forrnas de domo y segrnentos cur-vos de armazones se pueden producir por este medio.

La compresión y expansión por pulsación magnética(figura 65) se emplea con metales que son buenos con-ductores eléctricos. Un campo magnético hace las vecesde gas comprimido para deformar el metal. Se utiliza

Figura 63. Conformación explosiva de lá-

mina y placa.

Figure 64. Componentes en el trabajo electro-

hidráulico de metales.

Bobina colocada en torno al

tubo y al inserto

Nivel del agua

illo de sujeciónPieza de trabaloen blanco

Sello

Dado

Línea de vacío

A la fuente de Podery banco de caPacitores

Medio paraformación,

aceite o agua

Pieza detrabajo

El tubo se comPrime Para en-

trar en las ranuras del ajuste

Figura65.Aplicacionestípicasdelasbobinasdeconforma-ció-n por pulsós magnéticoi p-utu conformar a comPresión' a

".p"it." y u for*u! planas (Cortesía de Aluminum Company of

America).

226

plana con el dado en la Parte

superior

Bobina insertada en el interior

del tubo circundado Por el dado

El tubo se exPande dentro

del dado Para formar el

reborde

La lámina Plana se conforma

los contornos del dado

Terminales de disparo

DetonadorExplosivo dealto poder

Í{'It

Figura 66. Productos conformados por rechazado del metal(Cortesía de Aluminum Company of America).

Figura 67. Diagrama del rechazado de metales. A menudo sellevan las preformas circulares planas a formas huecas comoreflectores fotogriíficos. En un torno para rechazado una herra-mienta se fuerza contra un disco en rotación, empujando gra-dualmente el metal sobre el mandril para hacerlo tomar su for-ma. Los mandriles y seguidores se hacen generalmente demadera para esta clase de rechazad,¡ de metales (Neely/Mefa-llurgq, 2a ed. , O 1984, |ohn Wiley & Sons, Inc.).

227

Cabezal de la máquina- Anillos de herramienta preforma

Contrapunto Anillos de herramientaCabezal de la máquina Preforma

Anillos deherramienta Contrapunto

Figura 68. Diagrama de la conformación por flujo-partestubulares giratorias (Cortesía de Aluminum Company of Ameriu).

para hacer preformas, abultar, comprimir, perforar, con-formar abolladuras de hoyo pequeño, forjar por estam-pación, bridar y ensamblar partes.

RECHAZADO DE METALES YCONFOPMAGIÓN POR FTUJOAlgunos metales como las aleaciones de titanio no se es-tiran bien al conformarlos en la prensa. Sin embargo, sepueden obtener formas cilíndricas, cónicas o curvadaspor el proceso de rechazado (figura66). El rechazado demetales es un proceso en el que se hace girar un discode metal y se le fuerzacontra una forma a la que se llamamandril (figura 67), sin que se reduzca el espesor de pa-red. Por el contrario, en la conformación por flujo (figu-ra 68) el espesor de la preforma se reduce intencional-mente mientras ésta se alarga. Objetos como los tubossin costura, los tanques para oxígeno y muchos produc-tos industriales pueden conformarse en frío'con este mé-todo. El rechazo con corte (figura 69) es similar a laconformación por flujo, en cuanto a que se reduce la sec-ción transversal de la preforma. En el rechazado con cor-te la preforma es por lo general un disco en vez de untubo.

Operaciones de cizalleoEl cizalleo es una operación de corte de láminas metáli-cas sin arrancar virutas. La cizalla consiste en dos hojasrectas o de bordes escuadrados, endurecidas; la inferiores fija y la superior está sujeta alapieza móvil de corte.Otros métodos de trabajo de los metales que tambiéncortan a cizalleo al metal son la formación de plantillas,el perfilado o recortado, el barrenado, el corte de ranurasy el rasurado. Estas operaciones de corte difieren del ci-

RECHAZADO DE METALES Y CONFORMACÉN POR FTUJO

ción¡ájo

cro

lerores

Iión,Jua

Contrapunto

Mordaza i?Preforma

Herramientade rechazado

'

228

T2

Preforma orig¡nal

7 : .500"

Parte final

Mandril

Figura 69. El principio del proceso de rechazado con corte(Cortesía de Aluminum Company of America).

zalleo simple en que los filos cortantes son curvos, mien-tras que las hojas de cizalla son siempre rectas.

El ranurado es un proceso de corte en el que los rollosde lámina metálica se cortan a anchos menores. Esto sehace por medio de cizallas rotatorias en las que las ho-jas cortadoras de mayor diámetro instaladas en un ro-dillo cilíndrico embonan en ranuras cortadas en otrorodillo.

Figura 7o. En el proceso de sold;¡dura por resistencia eléctri-ca, el fleje biselado que pasa por los rodillos conformadoresse suelda automáticamente (Cortesía de Bethtehem steel Cor-poration).

PROCESO DE LOS METALES: TRABAJO Etu FRIO

Figura 71. Herramienta de sujeción de una prensa confor-madora de tubos ("Presses of All Applications of Metalfor-ming" Schirmer-Plate-Siempelkamp, Hydraulische PressenGmbH, Krefeld, Alemania Occidental).

CONFORMACIóN DE TUBOSLos fubos se conforman con rodillos de manera semejan-te al método seguido para la conformación en rodillosen frío. Los tubos más pequeños de perfiles cuadrados,rectangulares y redondos se forman entre rodillos y losbordes se sueldan con resistencia eléctrica (figura Z0).En este proceso se aprovecha la resistencia natural delmetal al aplicar una corriente eléctrica cerca de los bordespor unir con lo que se generara suficiente calor par efec-tuar la soldadura. Los tubos de mayor diámetro, comolos que se utilizan en gasoductos y oleoductos, se fabri-can en prensas hidráulicas especiales (figuras 7'1, a 73).Una prensa para formar cilindros de chapa preformadosen U hace la forma cilíndrica (figura 74). Los bordes seunen con procesos de soldadura de arco (figura TS) y eltubo se prueba hidrostáticamente tapando los extremosy bombeando agua al interior hasta llegar a la presión deprueba (figura 76). Para algunos aplicaciones se galvani-za el tubo o se recubre con algún producto resistente ala corrosión.

PRENSAS DE COJíN DE CAUGHOCiertos productos que no requieren estirado profundo sepueden fabricar en prensas de cojín de caucho (figura77). La conformación se hace con un cojín elástico quepresiona la lámina met¿ílica contra formas de metal o de

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b-

PRENSAS DE GOJfN DE CAUCHO 229

Figura 72. Segunda etapa en la conformación de tubos-transpor-te de formas dobladas en U ("Presses for All Applications of Me-talforming", Schirmer-Plate-Siempelkamp, Hydraulische Pressen

GmbH, Krefeld, Alemania Occidental).

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Figura 73. Pasos que se siguen en la conformación de tubos de acero ("Presses for All Apli-cations of Metalforming", Schirmer-Plate-Siempelkamp, Hydaulische Pressen GmbH, Krefeld,Alemania Occidental).

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luede

Figura T4.Laprensa para conformar cilindros da al tubo su for-ma final ("Presses for All Aplications of Metalforming", schimer-Plate-siempelkamp, Hy draulische p ressen GmbH, KreÍeld, Alema-nia Occidental).

230 PROCESO DE tOS METALES¡ TRASAIo ET FBIo

Figura 75. El paso final en la fabricación de un tubo de acerode gran diámetro es soldar las placas curvas para unirlas por elproceso de arco sumergido (Cortesía de Bethlehem Steel Corporation\.

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Figura 76. Probador hidrostático detubos ("Presses for All Applications ofMetalforming", Schirmer-Plate-Siem-pelkamp, Hydraulische Pressen GmbH,Krefeld, Alemania Occidental).

Figura 77. Prensa de cojÍn de caucho que muestra las herramien-tas conformadoras sobre la mesa de la prensa ("Rubber pad pres-ses", Schimer-Plate Siempelkamp Hydraulische pressen GmbH,Krefeld, Alemania Occidental).

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PRECUTTAS DE REPASO 291

Figura 78. Se pueden fabricar simultáneamente un gran númerode componentes diferentes durante un ciclo de prensado con lasprensas de cojín de caucho ("Rubber Pad Preses", Schimer-Plate- Siempelkamp, Hy dr aulische P r essen G mbH, Kref eld, Alema-nia Occidental).

Conformado(De cojín de

Guerincaucho)

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madera laminada densa (figura 78). El cojín elástico sehace generalmente de poliuretano o de un material simi-lar. El principio de conformación se ilustra en la figuraT9.Lasventajas principales de este método de conforma-ción de lámina metálica son los bajos costos de manufac-tura, tanto para lotes grandes como pequeños; los dadosson baratos y se pueden hacer objetos grandes, hasta de5 pot 10 pies de ¿írea proyectada. Este proceso es particular-mente útil para los fabricantes de componentes aeronáu-ticos. Los materiales como el titanio y el acero inoxidablese forman también a temperaturas ligeramente elevadascon este método.

PREGUNTAS DE REPASO1. ¿Cuál es la propiedad de los metales que hace posi-

ble la deformación en frío de los mismos?2. ¿Qué se puede hacer para evitar la fragilidad o la

ruptura cuanCo se requiere deformaciones conside-' rables en un metal?

1. Contenedor del cojín2. Cojín elástico3. Lámina4. Herramienta5. Plato de herramental6. Mesa de la prensa

Figura 79. Principio del proceso deconformación con cojín de caucho("Rubber Pad Presses", Schimer-Plate-Siempelkamp, HydraulischePressen GmbH, Krefeld, AlemaniaOccidental).

3. Las ventajas de menores tolerancias dimensionales ymejor acabado ¿pertenecen a la conformación en ca-liente o a la conformación en frío?

4. ¿En cuál de los dos tipos, el de conformación en fríoo el de conformación en caliente, se requiere maqui-naria de mayor tamaño y potencia para dar forma auna parte de tamaño dado?

5. ¿Qué es la recuperación elástica?6. ¿Qué se debe hacer al acero laminado en caliente

antes de terminarlo en frío?7. La tira de acero estirada en frío es el material que se

utiliza en muchos productos como carrocerías deautomóviles y accesorios de cocina. ¿Cómo sefabrica?

8. El papel de aluminio se usa todos los días en los ho-gares. ¿Cómo se fabrica?

9. ¿Cuá es la diferencia entre formación de plantillas ypunzonado?

1,0. ¿Cómo se puede llevar una preforma de lámina me-tálica a una forma ahuecada?

232 PROCESO DE tOS METATES: TRABAJO Eltl FRfO

11. ¿En qué forma es similar el proceso de fabricación dealambre al de estirado de barras'en frío?

12. Las máquinas recalcadoras para conformación enfrío pueden hacer partes a partir de alambrón a velo-cidades altas de producción, hasta de 36 000 partespor hora. iQué clase de partes se hacen ordinaria-mente en estas máquinas?

13. Productos más grandes y complejos que los de lapregunta L2 se fabrican a partir de barra en las má-quinas formadoras en frío que combinan varias ope-raciones en secuencia. Mencione dos productos quese fabrican en estas máquinas.

L4. ¿Cómo se conforman en frío las roscas, los tornillossinfín y los engranes?

15. No se pueden formar roscas entre rodillos en partesde fundición gris, de metales inyectados ni de acerosinoxidables 301. ¿A qué se debe esto?

16. ¿En qué aspectos son las roscas conformadas entrerodillos superiores a las roscas cortadas?

17. ¿Qué proceso, la extrusión o la laminación en frío, esmas práctico para producir diversos perfiles de for-mas extrañas a partir de metales blandos como elaluminio en lotes pequeños? ¿Por qué?

18. ¿Cómo se conoce el proceso en el que se usan pren-sas torqueladoras o dobladoras de barras?

19. ¿Cuifl es la diferencia entre el rechazado de metalesy la conformación por flujo?

20. Los tubos grandes de acero se sueldan con atco eléc-trico después de formados. ¿Cómo se unen los tubospequeños de perfil redondo, cuadrado o rectangularen las costuras después de formados?

21. Si se requirieran 300 paneles de aluminio delgado,de 4 por 8 pies, con forma de costilla de poca profun-didad para darles rigidez, ¿qué sería más barato,usar dados estándar de estirado o una prensa concojín de caucho?

PROBLEMAS

Gaso íTrabaio en frÍo contra conformación en cel¡enteLos pernos de articulaciones automotrices se fabricanantes en máquinas tornillad.oras automáticas, operaciónque convertía en chatarra el 40olo del material del quese partía. Estos pernos son generalmente de menos del pulgada de diámetro, de alrededor de 3 ó 4 pulgadasde largo y huecos. Se han conformado de acero durantelos últimos 20 años. Deben tener un buen acabado y di-mensiones precisas. ¿Cuál método, el de conformaciónen caliente o el de conformación en frío, piensa ustedque seleccionaron los fabricantes para manufacturar estaparte?

Gaso 2Tuencas de ecero inoxidableUna fábrica de elementos de sujeción utiliza un confor-mador de tuercas de cuatro dados para producir prefor-mas. Esta compañía recibió un pedido por 80 000 tuercashexagonales de acero inoxidable del tipo 305. Se hizo unlote de prueba con barra de acero inoxidable y el punzónpenetrador empezó a fallar después de producir sólo al-gunos centenares de tuercas. ¿Qué cambio se puede ha-cer en la operación para que se pueda llevar a cabo lamanufactura de estas tuercas con utilidades y sin des-composturas?

Gaso 3 fPat*e 1JFresión de punzonedoLa expresión para determinar la presión aproximada pa-ra punzonar agujeros circulares en lámina de acero es:

P:Dxfx80en donde

D : diámetro del agujero punzonado.ü : €sp€sor de la lámina de acero.P : presión (fuerza en toneladas).

Se le da a usted un juego de dados que tiene cuatropunzones: dos son de 1f pulg de diámetro y dos de* p,rlg de diámetro. Se le pide determinar la capaci-dad de prensado que se requiere para punzonar agu-jeros en lámina de acero d. * pulg iQué tamaño deprensa se requerrá para esta operación?

Geso 3 [Parte 2JPresión de punzonadoCuando una parte punzonada no es circular, se puedeusar la misma fórmula de la Parte L pero en vez del diá-metro del agujero, se utiliza la tercera parte de la longi-tud del perímetro o contorno del agujero. Se pide deter-minar la presión requerida para punzonar un agujerorectangular en placa de acero de f de pulgada, quetiene 3f pulg de longitud y 2t ple de anóho. iQuétamaño de prensa se necesitará?

Gaso 4Fuerza requerida para cizallar placaLas cizallas de escuadrar tiene una hoja superior y unahoja inferior a las que se conoce como cuchillas (figura80). La inferior está en posición horizontal y es fija,mientras que la superior se mueve hacia arriba y haciaabajo y tieñe cierta inclinación para que la acción áe cortesea en forma gradual. La mayoría de las cuchillas paraplaca tienen inclinación de * p"lg/pie y las cuchillaspara chatarra tienen hasta 2 pulg/pie de inclinación, yaque la deformación de la pieza a cortar no es importante

PROBLEIUIAS 233

174 000 x T1'6KP máxima :

p0.7elr-

rr-

rslntnü-a-las-

-l-T

Fgura 8O.

v las cuchillas con ángulos de inclinación mayores re-quieren menos fuerza. Una fórmula para determinar lafuerza requerida para cizallar placa de acero dulce es:

en la cual

KP : presión de la cuchilla, lb.R : inclinación, pulg/pie.T : €sp€sor de la placa, pulg.

Utilizando esta fórmula, calcular la presión requeridapara cizallar plancha de acero de 1 * p"lg con inclina-ción de f pulg/pie, )' con inclinación aé Z pulg/pie. De-terminar también KP para placa de acero d. * pul coninclinación de f pulg/pie.

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