Guía Completa sobre Procesos de Conformado de Metales: Deformación Plástica, Criterios de Fluencia y Tecnologías de Fabricación

Procesos de Conformado de Metales

Deformación Plástica: Los sólidos salen del régimen de comportamiento elástico por motivos muy distintos, dependiendo de la microestructura de los materiales que los constituyen.

Por ejemplo, los metales dejan de ser elásticos cuando plastifican debido a la nucleación y movimiento de dislocaciones en la red cristalina de cada grano. Los polímeros también salen del régimen elástico, pero en este caso se debe al desenrollamiento de cadenas poliméricas. Por último, los materiales cerámicos o el hormigón dejan de ser elásticos debido a la aparición de microfisuras.

Para unificar conceptos, llamaremos fallo a la finalización del comportamiento elástico de un material.

Criterios de Fluencia

El criterio de Tresca identifica por vez primera que los metales fluyen como líquidos, de forma isocórica, estableciendo que la fluencia de los materiales se debe al esfuerzo cortante y que la falla se producirá cuando el esfuerzo cortante máximo absoluto en la pieza sea igual o mayor al esfuerzo cortante máximo absoluto de una probeta sometida a un ensayo de tensión en el momento que se produce la fluencia.

Un elemento estructural falla cuando el esfuerzo cortante máximo es mayor que la mitad del límite de fluencia del material.

El criterio de von Mises establece que la fluencia se inicia cuando la densidad de energía de distorsión en un punto es igual a la densidad de energía de distorsión de una prueba uniaxial en tensión o compresión. La densidad de energía de distorsión es la asociada al cambio de forma del medio continuo. Es decir, una pieza resistente falla cuando la energía de distorsión por unidad de volumen en algún punto es mayor a: Estos criterios de fluencia se formulan para describir el inicio de la deformación plástica, relacionando los esfuerzos principales con la resistencia del material a la cedencia bajo tracción o compresión.

Tecnologías de Fabricación

Por eliminación de material:

• Arranque de viruta
• Mecanizados por medios no convencionales

Por fusión y moldeo:

• Moldeado en arena
• Moldeado en coquilla
• Moldeado bajo presión

Por deformación:

• Forja libre o con estampa
• Laminación
• Extrusión
• Estirado
• Conformado de chapas

Por soldadura:

• Soldadura eléctrica
• Soldadura con gas
• Soldadura por medios no convencionales
• Unión por abrasivos

Por sinterizado:

• Compresión axial
• Compactación isostática
• Extrusión y laminación

Laminación

La laminación es un proceso de conformado plástico en el que la fluencia se obtiene por solicitaciones de compresión efectuadas por unos cilindros que presionan al material de forma continua o por etapas. Se produce un alargamiento en la dirección de eliminación.

Laminación en caliente: Se precisa menor esfuerzo para la deformación. Los granos se orientan durante la deformación y, como consecuencia de la temperatura, el material se recupera, recristaliza, ablandándose, de manera que puede seguir deformándose sin mayores esfuerzos.

Laminación en frío: Se precisa un mayor esfuerzo para la deformación. Los granos se orientan durante la deformación, el material no se recupera, endureciéndose por acritud, de manera que para seguir deformándose se necesitan mayores esfuerzos.

Parámetros a considerar:

• El arco de contacto entre los rodillos y el metal es una parte del círculo.
• El coeficiente de fricción es constante en teoría, pero en realidad varía a lo largo del arco de contacto.
• El metal es considerado en deformación plástica durante la laminación.
• El volumen del metal es constante antes y después del laminado; en la práctica, el volumen podría disminuir un poco debido al cerrado superficial de los poros.
• La velocidad de los rodillos es asumida como constante.
• El metal solo crece en la dirección de laminación y no crece en el ancho del material.
• El área de la sección transversal normal a la dirección de laminación no se distorsiona.