Resumen Tema 8: INTRODUCCIÓN A LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA

La importancia de la deformación plástica radica en:

1. Dar forma a las piezas.
2. Incrementar la resistencia de las piezas.
3. No tenemos desperdicio de material como ocurre en otro procesos como el mecanizado.

Propiedades convenientes para el conformado:

1. Baja resistencia a la fluencia, es decir, que el material tenga plasticidad.
2. Alta ductilidad, ya que los materiales dúctiles tienen una mayor deformación antes de la rotura.

Clasificación de los procesos de conformado por deformación plástica (PCDP)

Diferencias entre "Deformación Plástica" y "Trabajo de Láminas Metálicas"

• Deformación Volumétrica

Forma de trabajo inicial ==> Barras cilíndricas y tochos rectangulares.

Relación área superficial y volumen de trabajo ==> Pequeña.

• Trabajo de Láminas Metálicas

Forma de trabajo inicial ==> Láminas, tiras y rollos de metal.

Relación área superficial y volumen de trabajo ==> Grande.

Operaciones de deformaciones volumétricas

• Forja: se comprime una pieza entre dos troqueles.

• Laminación: reduce el espesor de una plancha o placa con rodillos.

• Extrusión: fuerza al metal a fluir por la abertura de un troquel para que tome la forma de esta.

• Estirado: reduce el diámetro de un alambre tirando de este a través de una abertura del troquel.

Operaciones de trabajo de láminas metálicas

• Doblado y curvado

• Embutido: transformación de una lámina en una forma hueca o cóncava.

• Operaciones de corte.

Clasificación en función de la fuerza aplicada para la deformación plástica:

• Compresión directa ===> Forja y laminación

• Compresión indirecta ==> Trefilado, extrusión, embutido, etc.

• Tracción ==========> Estirado.

• Cizallamiento =======> Operaciones de corte.

• Procesos de plegado ==> Doblado y curvado.

Comportamiento del material en el conformado por deformación plástica

Empezamos aplicando una fuerza de tracción al material, conforme aumenta esa fuerza aumentará en menor grado la deformación hasta llegar al límite elástico (señalado en el dibujo). Antes de pasar este punto de la gráfica, si retiramos la fuerza aplicada el material recupera su estado original sin deformación, una vez superado este punto el material adquirirá una deformación permanente.

La parte de la curva desde el punto del límite elástico hasta el punto de rotura se denomina deformación plástica, el material comienza a adquirir una deformación mayor a partir del límite elástico hasta que se rompe (punto de rotura).

Un material dúctil tendrá una gran deformación plástica con respecto a un material frágil en el cual el punto de rotura se dará poco después del límite elástico como se observa en la siguiente gráfica en la que se representa el ensayo de tracción de ambos materiales.

Modelos de comportamientos de materiales. Idealización de diagramas

Criterios de fluencia

Criterio de Tresca: llamado de la tensión tangencial máxima, basado en observaciones experimentales. Para materiales dúctiles sometidos a grandes tensiones tangenciales. So se toman dos direcciones principales.

σ_equiv = 2τ_máx = σ₁ – σ₂

Criterio de Von Mises

Basado en la variación de la energía de distorsión. La debida al cambio de forma es, según este criterio, la que provoca las deformaciones.

 Fluencia bajo condiciones de deformación plana

Deformación plana ===> aplicando fuerzas en las tres direcciones principales solo se produce deformación en dos de ellas.

Como el volumen es constante ===>  dε₁= -dε₃ ya que dε₂=0

σ₁ = k ; σ₃ = -k ; 2 σ₂ = 2k = S

No es necesario usar criterios de deformación.

Deformación en materiales metálicos

La deformación plástica es un cambio permanente que ocurre al alcanzar un esfuerzo mayor a las fuerzas electrostáticas que mantienen unidos a los átomos.

Dislocación: defecto de la red cristalina, el material con una dislocación se deforma con mayor facilidad que si se tratara de una estructura perfecta.

Deformación plástica de los metales policristalinos

Velocidad de nucleación alta ==> nº de granos mayor ==> tamaño de grano menor==> resistencia mayor.

Velocidad de crecimiento elevada => nº de granos menor=> tamaño de grano mayor=> resistencia menor.

Enfriamiento rápido ==> Velocidad de nucleación alta.

Enfriamiento lento ===> Velocidad de nucleación baja.

Tamaño de grano grande ==> Baja resistencia, baja dureza y baja dutilidad 

      (superficie rugosa)

Endurecimiento por deformación (acritud)

Metal policristalino + Deformación en frío = Granos deformados y alargados.

Aparecen dislocaciones debido a que los límites de grano permanecen intactos y la continuidad de la masa se mantiene durante la deformación.

Las dislocaciones al obstruirse unas con otras y no poder desplazarse debido al límite de grano hacen que el metal deformado tenga mayor resistencia. Por lo que a mayor deformación más fuerte será el metal. Esto se conoce como "endurecimiento por resistencia a la propia deformación o acritud".

Anisotropía

Es la que hace que un material presente variedad de propiedades. Es debida a la fuerte orientación en forma de fibra de los granos.

Temperatura en el conformado plástico

La resistencia y el endurecimiento se reducen a altas temperaturas.

A temperaturas elevadas las fuerzas y potencias para deformar el material serán menores.

Temperatura de recristalización: es la temperatura a la que un material deformado en frío recristaliza en un hora.

Trabajo en caliente ==> fuerza requerida para deformar el metal menor y las propiedades mecánicas cambian moderadamente. Se lleva a cabo por encima de la temperatura de recristalización.

Trabajo en frío =====> se requieren grandes fuerzas, la resistencia del metal se incrementa permanentemente. Se da a temperaturas inferiores a la de recristalización.

Hay un límite de temperatura al cual a mayores temperaturas el material se hace más vulnerable, sufre alteraciones en su composición y en su aspecto, puede llegar a quemarse desintegrandose.

Factores que influyen en la temperatura de recristalización

• Cantidad de trabajo: a mayor grado de deformación, menor temperatura de recristalización.

• Tamaño de grano antes de la deformación plástica: a menor tamaño de grano, menor temperatura de recristalización.

• Temperatura: a mayor temperatura de deformación plástica, menor temperatura de recristalización.

• Tiempo de calentamiento para lograr la recristalización: a mayor tiempo, menor temperatura de recristalización.

• Impurezas: si son insolubles no influyen en la temperatura de recristalización, pero si no son insolubles la elevan.

Trabajo en caliente

Ventajas                                                                                                Inconvenientes

Porosidad eliminada.                                                                Rápida oxidación de la superficie.

Impurezas destrozadas y repartidas.                                         No pueden mantenerse tolerancias estrechas.

Granos compuestos refinados.                                                  Equipos y costos altos.

Propiedades físicas mejoradas.

Gran homogeneidad.

Mayor resistencia en la dirección del flujo.

Potencia utilizada para cambiar de forma menor que en frío.

Los productos obtenidos se usan en aplicaciones en las que no se requieren tolerancias estrechas y tienen buena soldabilidad y maquinabilidad. 

Trabajos en frío

Ventajas                                                                                                    Inconvenientes

Energéticamente más económico.                                        Potencia para deformar el material muy elevada.

El producto obtenido no requiere                                        Necesita instalaciones especiales.

operaciones posteriores.                                                     Mayor desgaste de las máquinas.

Endurecimiento por acritud.                                                 Dimensión eficaz y geometría del producto                                                                                                               simples, en frio el material no fluye bien.

                                                                                           

Sensibilidad a la velocidad de deformación

La velocidad de deformación real es proporcional a la velocidad de deformación, siendo la velocidad de deformación real igual al cociente entre la velocidad de deformación y la altura.

Tendremos que la sensibilidad a la velocidad de deformación es el efecto que produce la velocidad de deformación sobre las propiedades de resistencia.

Por lo tanto:

A mayor velocidad de deformación, mayor resistencia a esta.

A temperatura ambiente efecto casi despreciable.

A mayor temperatura, la velocidad de deformación será más influyente en la determinación del esfuerzo de fluencia.

Fricción y lubricación en el conformado de metales

Razones por las que la fricción es un inconveniente:

• Retarda el flujo del metal en el trabajo, ocasionando esfuerzos residuales y defectos del producto.
• Incrementa las fuerzas y potencias para realizar el proceso de conformado.
• Desgaste de herramientas, conlleva a pérdida de la precisión dimensional.

Cuando el rozamiento en lo suficientemente grande surge la adherencia, que es la tendencia de las dos superficies en movimiento a unirse una a la otra.

La adherencia es un problema importante en el laminado.

Lubricantes ===> se aplican en la interfaz herramienta-pieza de trabajo. Reducen el rozamiento y el calor transmitido a las matrices.

Lubricantes en frío ===> Aceites minerales, grasas, aceites grasos, jabones...

Lubricantes en caliente ===> pueden no utilizarse, pero si se utilizan son el vidrio fundido y el grafito contenido en agua o aceite mineral.

  ¡TEMA FINALIZADO!