PROCESO DE DEFORMACION
Deformación
¿Qué es la Deformación?
La deformación es el cambio en la forma de un cuerpo que se produce como consecuencia de las tensiones que aparecen en el mismo a raíz de las solicitaciones internas causadas por las fuerzas externas aplicadas en el cuerpo o por cambios de temperatura. La deformación global del cuerpo es resultado de las deformaciones locales internas producidas en cada punto del mismo. Las deformaciones de un cuerpo pueden ser:
Elásticas: son aquellas deformaciones que desaparecen una vez cesan las causas externas que las provocaron (como por ejemplo las que ocurren en un resorte).
Plásticas: son aquellas deformaciones que permanecen en el cuerpo aunque desaparezcan las fuerzas que las causaron (como por ejemplo las que ocurren en la carrocería de un coche tras un choque violento)
Para que las deformaciones sobre un cuerpo sean elásticas no debe producirse fluencia del material, es decir, las tensiones producidas deben encontrarse por debajo del límite de fluencia del material.
La deformación que se produce en cada elemento infinitesimal de un cuerpo deformado puede tener dos componentes.
Deformación longitudinal
Deformación Transversal, que representa una distorsión angular del elemento.
Deformación transversal
Tipos básicos de procesos de deformación
Los procesos de deformación utilizan la deformación irreversible para cambiar permanentemente la forma de piezas de trabajo suficientemente dúctiles y obtener microestructuras y propiedades materiales deseadas al mismo tiempo. Esto significa que los procesos de deformación funcionan en el régimen elástico-plástico de la curva de tensión-deformación del material.
El diseño y la comprensión de tales procesos requieren conocimientos sobre las propiedades mecánicas y microestructurales de los materiales deformados , las cargas externas y las condiciones límite de contacto como la fricción, así como el diseño de la herramienta.
Para una descripción general concisa de los procesos básicos de deformación, es pertinente centrarse en los cuatro procesos principales de deformación en masa;
- Laminado
- Forjado
- Extrusión y trefilado en masa
Y en los cuatro procesos principales de deformación de láminas, doblado, trefilado, estiramiento y cizallamiento.
El laminado se caracteriza por dos rodillos opuestos que reducen el espesor de una placa de material esencialmente bajo compresión.
La forja es un proceso en el que dos matrices opuestas forman una pieza bajo grandes tensiones de compresión . Este proceso se realiza generalmente a temperaturas elevadas para reducir las fuerzas requeridas.
La extrusión y el estirado son procesos de conformado en masa por compresión en los que el material se fuerza (empuja o estira) a través de una abertura de matriz, reduciendo así su sección transversal .
El doblado es un método de someter a tensión una pieza de trabajo más allá de su límite elástico, sin adelgazamiento sustancial de la sección transversal, de modo que cuando se libera la tensión, la pieza de trabajo no vuelve a su forma original.
El estirado, el estiramiento y el cizallamiento son procesos relacionados de trabajo de piezas brutas de metal en matrices en una prensa para darles formas complejas.
Técnicas de Deformación
- Laminación: Se hace pasar a la pieza por una serie de rodillos (laminadores) que la comprimen, con lo que disminuye su grosor y aumenta su longitud. Suele hacerse en caliente.
- Extrusión: Se hace pasar el metal (en caliente) por un orificio que tiene la forma deseada, aplicando presión mediante un émbolo o un pistón.
- Forja: Se someten a esfuerzos de compresión repetidos y continuos. Esta técnica manual ha sido reemplazada por la forja industrial. La pieza se coloca sobre una plataforma que hace de yunque. Mediante un mecanismo, la maza se eleva y cae sucesivamente sobre la pieza.
- Estampación: Se introduce una pieza metálica en caliente entre dos matrices, una fija y otra móvil, cuya forma coincide con la que se le quiere dar al objeto. Se juntan las dos matrices, con lo que el material adopta la parte inferior.
- Embutición: Es un proceso de conformación en frío que consiste en golpear una plancha de forma que se adapte al molde o matriz con la forma deseada.
- Doblado: Se somete una plancha a un esfuerzo de flexión a fin de que adopte una forma curva con un determinado radio de curvatura. También permite obtener piezas con ángulos.
- Trefilado: Se hace pasar un alambre por un orificio con la dimensión deseada. A continuación, se aplica una fuerza de tracción mediante un bobina de arrastre giratoria, aumentando su longitud y disminuyendo su sección.
- Metalurgia de polvos:
Éste proceso consta de los siguientes pasos:
1. El metal es molido hasta convertirlo en polvo.
2. Se prensa con unas matrices de acero.
3. Se calienta en un horno a un temperatura próxima al 70% de la temperatura de fusión del metal.
4. Se comprime la pieza para que adquiera el tamaño adecuado.
5. Se deja enfriar.
La pieza debe ser sometida a otros tratamientos posteriores de conformado para ajustar sus dimensiones, así como tratamientos térmicos que mejoren sus propiedades mecánicas.
- Moldeo
Consiste en introducir el metal fundido en un recipiente (molde) que dispone de una cavidad interior. El molde puede estar fabricado a base de arena, acero o fundición. El moldeo se realiza como se sigue:
1. Se calienta el metal en un horno hasta que se funde.
2. El metal líquido se vierte en el interior del molde.
3. Se deja enfriar hasta que el metal se solidifica.
4. Se extrae la pieza del molde.
La técnica de moldeo empleada depende de la aplicación que vaya a tener la pieza: moldeo en arena, moldeo en metal y moldeo en cera.
Normas que Rigen los Procesos de Deformación
Los procesos de deformación en materiales, como el laminado, forjado, extrusión, embutido y estirado, están regulados por diversas normas internacionales. Estas garantizan la calidad del producto final, la seguridad en los procedimientos y la compatibilidad con estándares industriales. A continuación, se explican algunas de las normas más relevantes:
Normas Internacionales (ISO)
🔹 ISO 16630 – Prueba de punzonado cónico
Esta norma establece un método para evaluar la ductilidad de chapas metálicas mediante un punzonado cónico. Se utiliza para determinar la resistencia del material a la formación de grietas o fracturas durante procesos de embutido o estampado.
🔹 ISO 10113 – Índice de anisotropía plástica
Define la metodología para medir la anisotropía en materiales metálicos, es decir, la variación de sus propiedades mecánicas según la dirección de la deformación. Es fundamental en la fabricación de láminas metálicas, donde una anisotropía inadecuada puede provocar defectos estructurales.
🔹 ISO 12004 – Curvas límite de conformado
Esta norma establece procedimientos para determinar las curvas límite de conformado, que representan los niveles máximos de deformación antes de que ocurra el fallo del material. Es clave para la industria automotriz y la manufactura de componentes metálicos complejos.
Normas ASTM (American Society for Testing and Materials)
🔹 ASTM E8/E8M – Prueba de tensión en materiales metálicos
Es una de las normas más importantes para evaluar la resistencia mecánica de los metales. Especifica cómo realizar ensayos de tracción para medir propiedades como el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento, esenciales para determinar la aptitud de un material para procesos de deformación.
🔹 ASTM A370 – Métodos estándar para pruebas mecánicas de productos de acero
Proporciona lineamientos para realizar pruebas mecánicas en aceros estructurales, incluyendo ensayos de tracción, impacto y dureza. Es utilizada en industrias de construcción, automoción y manufactura en general.
🔹 ASTM E517 – Determinación del coeficiente de endurecimiento por deformación (n)
Define un método para medir el coeficiente de endurecimiento por deformación, el cual describe cómo cambia la resistencia del material conforme se deforma. Es crucial para procesos de laminado y embutido profundo.
Normas de Soldadura y Seguridad
🔹 AWS D1.1 – Norma de soldadura estructural
Emitida por la American Welding Society (AWS), esta norma regula la soldadura estructural en materiales metálicos deformados, asegurando que las uniones sean seguras y cumplan con los requisitos de resistencia mecánica.
Normas Europeas (EN)
🔹 EN 10130 – Requisitos para chapas de acero laminadas en frío
Esta norma establece los requisitos técnicos para chapas de acero de baja aleación y alta resistencia utilizadas en procesos de conformado en frío. Define parámetros como tolerancias dimensionales, calidad superficial y propiedades mecánicas.
