Cap20

ParteV

Formadode meta y trabajo de metaC S

20

DSE L FLJNDAMENTO FORMADODEMETALES C O N T E N I I ] OD E LC A P I T U L O 20.1

20.2

20..\ 20.4 20.5

del forlnacloclenretales Parrorarna '20,1 de formaciónvolumétrica Procesos .1 2 0 . l . 2 T r a b a j od e l á m i n a sm e t á l i c a s del materialen el formadode metales Cornportamiento fluencia de Esfuerzo 20.2.1 de fluenciapromedio 20.2.2Esfuerzo en el formadode metales Efectode la temperatura cJedeformación sobrela velociclad Efec'tt-r y lr-rbricación Fricciórr de metales 20.5.1 Flicciónetrel formaclo en el formadode metales 20.5.2Lr.¡bricarltes

de ntetalasincluye varios procesosde manufacturaen los cualesse usa la Í-l f'ttr.trrtrtlt¡ resulLa deformación paracarnbiarla forrnade las piezasmetálicas. plírsrica cle'li¡-rrraci(rn aplicual el metales, para formar dado un es que usu¿llrnente l¿rcfclrrsp¡e unahc-rrarnient¡r se deformetal el Por tanto, del metal. a la fluencia la resistencia que exceclen c¿resf-uc-r.zos la geometríadel dado. nt¿lparatolnarla formaque deternrina el mG' Ii¡ ge¡eral, se arplicael esfuerzrsrlecornpresiórtpara deforrnnrplósticaürpntp lo doque otros mientras metal, el estiran forrnaclo cle procesos algunos t¿rl.Si¡ erntrargo. ciertas poseer debe éste metal, un exitosamente bla' y otros rnás lo cort¿ur.Parafonnar una baja reparael formadoson generalmente convenientes Las propiedatles pr.pie¿acles. por la temperatura. sonafectadas Estaspropiedades sistenciaa la flue¡cia y alta ductilictacl. se reducecuandose aumentala fluencia ala y la resistencia increlnenta se La cfuctilidacl a la distinciónentretrabajoen lugar da la temperatura rle trabajo.El efectocle tenrperatura y trabajoen carecristalización e¡ calientepor clebajode la temperaturade fríg. tral-r¿jg lieltte.L,avelgciclad¿e fornlacióny la fricción son factoresadicionalesque afectanel dedichos aspectos,pero ser¡¡reñe¿el fo¡¡raclocle nrctales.E,nestecapítuloexaminaremos de nretales. forrnado procesos de unitvisión generalde los ¡rrir¡e'xr¡'rroporcion¿ulros

f.

436

cle llletales ('a¡ríttrlo 2t) / Funtlatrlerttos tlt'l fornrado

20.1

2 0 . 1. 1

O DEMETALES volumétricay 2) en: r) procesosde deformación rrerformacrose puedenclasificar 2I y 22' [-os pr.ocesos capítulos los en au, .^t.gorías se cubrenen detalle referencia procesosclctratrajo,retálico.Estas de procesospara establecerun marco E' ests capíturose crefinenlos respectivanrente. paraestecapítulo'

volumétr¡ca cle cJeforrnaciórr Prclcesos

y por deformacionessignificativas volurnétricase caracferizan defor'lación cle procesos Los y el volumende trabajoes relativamente entreel á,reasuperficial caurbi's de ft-rrnla,y la relación quetienenestabajarelaciónde átea' u ru, p**_*^,]*.jo
Trabaio , Trabaio Dado

demetale¡ formado cJel Sección20.1lPanorama

417

transversal' la forma de la aberturade ésteen su sección de la abefiuracleu' dacloparaque tome setiradelalanrbreatravésclelaaberturadeldado.

2 0 . 1. 2

Trabajclclelárlinasmetálicas de formadoo preformadode láminretálicasson operaciones Los procesoscletrabajoco' lámi'as del materialinicial es entreel áreasuperficialy el volumen rrasclenletal.tiras y rol¡ls. La relación de los proparadistinguirla deformaciónvolumétrica útil meclio u' es relación esta t¡ue alta:¡rorro a lasoperaciones pre el térrninoqueseaplicafrecuentemente son cesoscurrlíilninasnletálic,as. ttsodoes estasoperaclones utilizadasparadesempeñar debicloa quelas rnáquinas proco' l¿ir'i.asrrretálicas, parte La en otrospiot"tot de manufactura)' (sc rrsarrtarrbié. ¡rr",r.o,clevariostipos r)r.c's¿ls estanrpado' ,, llarnafrecuentemente e,, ,'ir operaciónde laminadornetálirt ducicr¿r un juegode heseejecutansiempreen frío y se utiliza La operacio.esco. lárninasrnetálicas dadoes la porciónnegapunzónes la porciónpositivay el y dado.Er s rlamada ¡turtzón rramierrtas describenen la básicascon láminasde metal se operaciones Las herramientas. tiva der .juego¿e figura2(\'2 5'seclefinenconlo sigue: a un eje recto' en la mayoríade acl0pteun átrgulocon respecto

los casos'

(a) doblado' (b) estiradoy (c) corte; er trabafo de láminas metálicas: en ()¡reraci.rres básicas ,GLTRA 20.2 L a f u e r z ay e l m o v i m i e n t or e l a t i v o r a r ¡ r n i n a ' f t r ) a " r p , r é sc l e lc o r t e ' c . n c r e r r . . r r t a r t . ¡ r u r r z ó n (r)ar 'rir'er s e i r r t l i ra n P r t rF Y v '

l'"

Sujetadorde Plantillas Trabajo

Trabajo - Dado

(c)

l'l

438

( . a p í t u l o 2 0 / F r - l n c l a n l e t l t o sd e l f c l r m a d o c l e m e t a l e s

huecao cóncava,como una copa'ffieformaciónde una láminaplanade metalen una forma paramantenerfija la plantilla,mientrasel dia.re el estiradodel metal.Se usa un sujetador en la figura 20.2(b).Paradistinguiresta purrzónernpujara lánrinacremetal,como ,. ,rr.rira los términosembutidoo frecuentemente operació' del estiradoclebarrasy alambres,se usan cstiratlo en cop(t o embuticloprofundo' del metal' En estaoperación ¿ebicloa que implica más el corteque el formado clefornración, se muestraen la figura 20.2(c).Aunque se cortala parteusandoun punzóny un dado,como y debidoa que es una operaciónnecesaria ésteno es un procesode forrnadose incluye aquí rtruycolllútlten el trabajocleláminasmetálicas'

OE LMATERIAL 20.2 C O M P . I N T N M I E N T D EN EL F O R M A D OD E M E T A L E S de ofreceuna visión que permitecomprenderel comportamiento La crrva esfuerzo-clefonnación los de mayoría la para su formación.La curva típicadeesfuerzo-deformación los rnetalesclur.ante el formadode un 3'l'l)'En (sección plástica región ,retalesse divicleen unaregiónelásticay unu el materialsedefordebidoa queen estosprocesos rneral.la regiónplirstica.,J. interésprirnorclial rrra plistica y perntatletttelltente'

r.r 7 ^..-rr^r -^- -¡^L^:,.,tot ^,rnrn ^e fl exhibeelasticidadpor debajodel punto de fluencia' La relacióntípicaesfuerzo-deformación estecomarribade dichopunto.Las figuras3'4 y 3'5 muestran y e.durecilrientopor cleformación del la iegión plástica,el comportamiento metalse purtanrientoen ejes linealesy logarítmicos.En expresaPor la curvade fluencia:

o : K(" por de endurecimiento lb/pulg2 -e,r(MPa);y n es el exponente d'.rle K = c.eficie'te ¿e resistencia, y deformareal esfuerzo la curvade fluenciason ¿cf.r.'¿rciti,. Lrlesf'uerz.y la cref'or,r',o.iír,', válida cornouna relaciónque defineel compor[_acurvarlc flue'ci¿res generalmente citirl r.c¿rl. frío. Los valorestípicosde K y n paradiferentes tarrientoplírsticode un metal en el trabajoen ambientese enlistanen la tabla3'4' metalesa temperatt¡ra

2 0 . 2 . 1 E s f u e r zdoe f l u e n ci a

en la regióndondetienelugarel for' La curvatle flue'cia describela reraciónesfuerzo-deformación la propiedadde resistenciaque Tarlbién indica el esfuerzode fluenciadel metal, lllLt(t¡' crel L l g l rretal. I¡nacro ll¿ttlu . r^ f^*^,l^ pararearizar vnaoperaciónparticularde formado' requerida potencia y la fuerzas ras cretermilla delosmetales L¿t

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la mavoría quácuando la figura3.5muest'u . i^

1,,'il}j)ji;*ir;:,i;;;|,i*ion'¿.

fi;"-*.";;;;;te. ,* ¿*r,l,l'11"

'1|,r[';l':i.|::l;'.'{ffi*';ff.oniinuu,

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aumenta! psÍn luresistenciu.d"lif lf:-*::::':::,TI"Í:,l1Tl psrnconrrnn'stBr debelncromentarec taderormaclón |,r-: r^

^r ^--t..-^^i*ionfn

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^ ^ r . , ^ l ^ r iinstantáneo el e sfuefesruerelvalor- c f a n t Á n e n ddel como sedenne i,¡,u,,odefiuertcia ¡ "nuvendo" ¡ f l , , . , ^ l ^ t t a l merar. rnptql É . s t a es e s ra la Ésta ar

omanrener *,'Ái'áiiniateriar

| . - - - - ^^ ^ 2 1 ^ ^,,o ^rrorla A yflrPq,|fse C OmO: como: expresarse que puede a la fluenciadel metalen funciónde la deformación, resistencia

¿\,

I lyYLIL¡

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Yf : Ke"

(20.1)

h / p u l g z( M P a ) i a . llb/pulg2 l/, = esfuerzode fluencia. trorrtreJ*;,lll,#i|:J';:';:ii;,llí,i se siguientes, enrosdoscapíturos serevisarán '"?',)il;;i'u,e ,^ P nr e iemnloejemplo' Por del'proceso' paraanalizartasecuencia tn*,unráner prretre:1:,,T'Jit::r'r:ij,)l-;il;;;,.'n a - - r - - r . . ^ - - , . iinstantáne¿r , " . r , ¡ n r 6 ^ o q r durante d l r r A n t e la l a compresión comofeSión a

pLle(le tls¿tr el csr

deterrnin¿rrla fuerza crr cit,rras.'cr.aci''es cle Íirr.iast: puecle

en el formadode metales Sección2O.3lEfectode la tenrperatura

439

FICURA 20.3 Curva de esfuerzo-deformación indicando la localizacióndel esfuerzode fluencia p r o m e d i o Y ¡ , e f i r e l a c i ó nc o n l a r e s i s t e n c iaa l a iluencia Yy el esfuerzode fluencia final Y¡'

€ de corte Velocidad

en el La fuerzamáximase puedecalcularbasándose partir clelos valoresclelesfuerzo defluencia. rzo al final de la carrerade la forja' esfuerzoclefluenciaque resultadel esfue que ocuy deformaciones el análisisse basaen los promediosde esfuerzos E' .tr.osc¿lsos, Laextrusión en lugar de los valoresinstantáneos' de cleformración, tl r'isrro pr-oceso r.rerr¿ur¿rrte del transversal sección la de la extrusión, cstccas, Ifigura20.1(c)J.como consecuencia repr.cserrta mávalor un alcanzar por deformaciónpara graclualmente r.clr' se retlucey el metalse e'durece esfuerzode fluencia promediodurantela el baseen xir'o. E,s,r/rs útil anali zarel procesocon de valores instantáneosde esfuerzo-deformación clefor*aciíln. que cleterminaruna secuencia limitadointerés' que no solame.teseríadificil obtener,sino de clt¡ra'tela r.eclucció',

2 0 . 2 . 2 E s f u l e r zdoe f l u e n c i aP r o m e d i o promellamadoesfuerzodefluencia medio)es el valor El es.lir'.:orlc.fluert.ia¡tronteclío(tarnbién deformación la de descleel comienzo tlio rle los csf'uerzrssobre la curva esfuerzo-deformación El valorseilustraen la gríficaesfuerproceso. este 'asta el valrr.firal (rnáximo)queocurredurante clela figtrra20'3' z.o-tlefirl'tllaci(ltt curvade fluense determinaintegrandola ecuaciónde la El esfuer.z.cleflt¡enciaprornecrio interés'Esto de rango de deformu.iónque define el cia (ecuaci(xr20.1) entre0 y el valor final gcller¿llil cctlaciti¡t

Y f:

Ken

(20.2)

r+n

lb/pulg2 (MPa); y e máximo valor de deformación c¡¡rrle ll = .rl,,erz.g tle l-lttellciaprtlr¡eclitl, duraltte cl pt'ocesocledeformación' . - -r^ n..^-^i^ ^.nm del esfuerzo cle fluencia promedio en nuestro Il, e I capírulo 2l haremos un uso extensivo para el material de volumétrica. Dacloslos valores de K y rt estrrtfi, rle l.s 'rocresoscle cleformación se c6lcuro pur* c,,de procei,,, eon bane en entn elgfirt'mneiónr tr^tra.io.sc-tresarr.'llarfiu' r'étodo ere el sujeta que se er esfuerr'o .1. fluencia promedio a grrretre,sar la ecuació' 20.2 ptntrdeternrin¿rr nratel'ialclurattteletoperaci(lrt'

DELA TEMPERATURA 20.3 E F E C T O EN EL F O R M A D OD E M E T A L E S

I

de un esfuerzo-deformación vírliclaclelcortrportamiento ¡c l.l,c.cia es u'a re¡rr-cscrrtaci(r' l.u cur.r,a Para frío' en de trabajo en operaciones parrticularrnente su ¿ef.r-nraci(ln ¡lliistic:a, 'rt:ral rrur.¡rrrrc conloel Tantola resistetrcia cle la ternperatura. r.s val.rcrstre K v tt depencrerr ctrarr¡uier.r'etur.

440

rlel forrnaclode metales Ca¡ríttrlo20 / Furrclarnentos

Además,la ductilidadse increendurecimientopor defbrmaciónse reducena altastemperaturas. es importanteporquecualquieroperación Estecarnbiode propiedades me'ta a altaste¡rperaturas. elevadascon menoresfuerzay potencia'Hay tres de tleforrnaci(1.se puetlealcanzara temperaturas trabajoett frío, en tibio (w'armu'orking)o en caliente' rangoscletentperafilra; comoformado enfi'ío' es el formaTrabajo en frío El trabaio en.ft'ío,tambiénconocido ambienteo ligeramentearriba.Las ventajassignificativas do de metalque se realizaaternperatura son: l) proporcionarmejor precisión,lo rlel fornatlo e' frí. cornparadocon el trabajoen caliente 3) el endurecimiento 2¡ nrejorarel acabadode la superficie, másestrechas, que signiflcat.ler¿urcias y durezade ra parte,4) el flujo de granosdurantela deforpor deftrr'uci(rr aurne'tala resistencia en el producto convenientes direccionales de obtenlr propietlacles brirxla la oporturriclad nr¿rción y y combustible horno cleltrabajose ahorrancostosde resrltartcy .5)al rrorequerircarentamiento han se creproducción.Debidoa estacombinaciónde ventajas, velocicrades perr'ite lograrnr¿lyores de producimportantes clc fonnadoen fi'ío paraoperaciones rrruclr.s¡rrocecli¡ric¡tgs rlcsar.r..lla¿' minisuperficies' y buenas estrechas tolerancias proporcion¿rn ciíxl err'rasa. Esr.s ¡rroceclinrientos procecomo se clasifiquen y pernritenque estosprocedinrientos de rnaquinado rilizanla canticlacl s os d e fo n tta tl e l a o c a s i n e ta (s ecci ón l ' 3' l )'

cleformadoen frío: l) con lasoperaciones asociadas -;,,;';.;il ffi;.."^';ti;i;;riones ^\ -^ l^L^ +^-^^"il^.ln ñ4rt¡ t¡ePollasegupara z) deberenercuidado ,. ,.uui.;. ,;,',,;;;;;,.;;;;furu ,r.r"mpeñarraso¡reraciones, . , 2 r : r - - - ^ ^ l ^l" : - ^ - . , ñ 1 " ¡ l n n o o *, o r r . i e r l e d 3 ) la la 3) v suciedad, ; ;;i;;^ de trabajoinicialesténlibresde. !incrustaciones :;r';il'il ;;ñil;, ^ ll*i+^n l ^ ^ o n f i r l q r l rde l e frormanrmadel metalde trabajolimitanla cantidad ;l#;;:i;;;;;;;;;;;'derorn,ación ^l -^+^l .o^^iÁQ 1\ 8'l) metal/(sección el uu qut. ¡s [/LrLLr\, il;:"ii'*i,,.¿i';;;;lou;

deberecocerse operaciones i^ oru.. Enatgunas -^^ ^l -orol ñA

ae ln qrlficienteEn otroscasosel metal no es lo suficienteparapernririrra rearizaciónde formadosposteriores. menteclúctilParaser trabajado' por deformacióny reducir los requerimientos del enclurecimienro .' ñi;;r; ;}'o':,,;rr,

se elevadas' a temperaturas u.iunesde rorrnadose ejecutan ,.,-,-^r-^^ +-^L^i^ o- ^olianfa ñrtf -,---^-^a.r-^^

,r. rJ;;;';fi;;;.;;,-;;;;;op.,

^lo'r-áqc

Qe

por que dan lugar a los términostrabajoen caliente erevadas invorucrandos rangosde ternperaturas (warm working y ltot working)' debajoy por encinracrera temperaturade recristalización (w'arntw'orking) Debidoa Trabajo por clebajo de la temperatura de recristalización con el aumentode la tempiásticase mejorannormalmente que rasprrpiedadesde deflormaci(rn a temperaturas op.ra.ioresde formadoserealizanalgunasveces en ril piezade trabaio,r¿rs peratrrrn de recristatemperaturas las de debajo a'rbierrte,pero por c¡uela ternperatura arg' ,rírs erevadas temperatura' de rango segundo o trabajoen frío a este trot'kirtg lizaci(rn.Se aplicael ténnin(t vt,(il.nt en térmitrabajoen frío se expresafrecuentemente y el La lírea divis.ri¿re'tre el trabaioe¡ tibio usuales 0.3ro,, dondeT^es el puntode fusión nosderpurrtocrefusióndel metal.La líneadivisoria absoluta)' del metalparticular(temperatura así como la maYorductilidaddel La lnengr resistenciay e¡durecinrientopor deformación' la temPeraturade recristaintermecliasconfierenal trabajo por debajo de rnetal a tettrperaturas en frío: l) fuerzasmás bajas Y menoresrequerilizaciónlas siguientesventajassobreel trabajo intrincados,3) se puedeeliminar o reducirla nrientosclepotencia, 2) son posiblestrabajosmás necesitlatlde rectlcitlo. (f.ambiénllamadoformadoen caliente'o hot Trabaio en caliente El trabajcten c:alie,tte de recristapor encimade la temperatura a temperaturas ,n,orkirtgerr i'grés) irnpricala clefonnación puntode su de la mitad cleun metales aproximadamente de recristalización lización.La ternperatura a temperaer trabajoen calientesellevaa cabousualmente En la prá.ctica, absoruta. en raesc¿rra r-usión incremense temperatura la se suavizamásconforme turaspor encir'a cre0.5 r,,,.El meiarde trabajo sin emnivel' dertrabajoen calientepor aniba de este ta r'írs alrirde 0.5 r,,,,rnejorandoasíla'entaia de trabajoen algunas la tenrperatura gercrael calorque intrement¿r '^r.go.cl 'r.ccs. ¿e dcfor'r¿rc-itin Las ittcleseable' altamente es lo cual Estopuecl..*ro, la lusiónen estasregiones, r.egi.'es¿c la ¡rar.tc. consiguienPor másaltas' seacelerantambiéna temperaturas e, la superficiecretrab¿rio incr.ust¿rci{)res del rangode 0'75 T"' dentro normalnlente cletrabaioen calientese m¿urtienen tc, las terxperatur"as

de deformación 441 sobrela velociáad Sección2o.4lEfecto es la capacidadde producirdeformaciones La ve'taia más sig'ificativa cleltrabajoen caliente el trabajoen frío o el trabajoquese clelmetar,másclerasque sonposiblescon susta'ciares prásticas La raz6nprincipales que la curvade recrisialización. llevaa cabopor debajoclela temperaturadL menorque un coeficientede resistenciasustancialmente fluenciaclelnretaltrabajatloen calientetiene por deformaciónes cero (al menosteóricael exponentede encrurecimiento arnbiente, a ternperatura Todo estoda por resultadolas sisignihcativamente. nre'te), y la ductiliclatldel metalse incrementa sigl) ra forma de la partede trabajosepuedealterar guienres'e'ta.ias con respectoar trabajoen frío: el metal,3) los metalesqueusualmente 2) se ret¡uiererrrenor¡lotenciaparadefofrnar niflcativamcnrc. songede resistencia 4) las propiedades en el trabajoen frío, puedenformarseen caliente, sefiactur¿u.r en el trabajo de unaestructuraorientadade granoscreada tlebidoa la ausencia isotropicas neralrnente de la parte'Estaúltimaventajapuedeparecn fl.ío.5) el t¡abajoen calienteno protlucefortalecimiento unavendel metalse considerafrecuentemente cer irc''sisterrte.ya que er au'le.io .n la resistencia seendumetal queel en lascualeses indeseable hay apricaciones ta.iatrertraba.i..u rrrn.si' ernb¿rrgo, por ejenrpro,cuandola partetieneque procesarse trarrujodebitloa que ,".iu., sl cluctilidatr, re.Lc.r¡xrr requerimienson: precisiónáimensionalmásbaja,mayores posterion'erte en frío. otras clesventajas de trabajo ra piezadetrabajo),oxidaciónde la superficie ros de energía(energíatérmicapuru.ul.ntar y menorduraciónen la vida de las herramientas' (incrust.ciones),o.ubu,losuperficialnláspobre difusiónatómica'procesogue clelmetalen el irabajoen calienteinvolucra La recristalización a altas frecuentemente tre formadodel metal se desempeñan creperrleclertier.po. Las operaciones de la estructuragranula recristalización :rueno dejantiemposuficienteparacompletar verocidades la recristalización deüidoa las altastemperaturas, er cicro tle defonnación.Sin embargo, lar clrrrante al despuésdel procesode fornladoo más tarde' s(rl, 'cur.r.ecve.tualrlente;ya seainrnediatamente orurr. despuésde la verdaderadeformación' recristalización e'friarse la ¡riezacletrabajo.Aun si la es la caracsustancialdel metal a altastemperaturas su ocurrenciaeventualjunto con el suavizado del trabajoen tibio o en frío' terísticaque clistingueal trabajoen caliente (por ejemplo'acero como los acerosaltamentealeados Formado isotérmico ciefios metales para altastemperatude titanio y las aleacionesde níquel cle alta 'ekrcitlacl),r'uchas aleaciones a altastemperaservicio el para err carie'te,est¿rpropiedai los haceútiles r.¿lri rx)sccrrrrr¡cr*rtrureza los hacedifítambién los hacenatractivosparaestasapíicaciones, propiedades turas.y ^urrqueclicrras se calientan Er problemaes que cuandoestosmetales p'r rrrét.dosconvencionares. circscrcr.r.'r¿rr. de formadorelacon las herramientas cletrabajoen calientey entranen contacto a las ter'per.¿rt.r¿ls la refuerade la superficiede la parte'elevando rápidamente riva¡'e.te fj.ías.el calores transferido de la regiones en diferentes en tu t.rnp".aturay la resistencia sistenciae, estasregiones.La variaciíln conduce esto irreguiaren el metaldurantela
SOBREL A V 20.4 EFECTO

teóricamenx) secomporta unmetal etrcaliente, Eneltrabajo queunavezquesealcanza signinca Esto ióntt=0.:::""*f:::::t,,tiTiiTiltLllil[l; 3;:ll:ilil,:ili':::,:r,...ini.il',,o oo,á.ron,,u. -i.,ot Ao ocftterzn rle Sin sin nuencia defltlencia. deesruerzo niver ermismo bajo

:i'1,il,';;J::iJ:lT:;Tili:iJ.;íffi;;;;;;o o,, derormación' surl¡'fnrmncióncrurante derosmetares ull lello :1,1ilil.:j:lilí;l;ll,'ff'..io:'ffiffi*;i;";;;"rtamiento ernbargo, ,- --r:^^l^ E r o f a n Á ' y r é n n e s l n s e t lsibilidad a la trabajoencaliente'Este.j:?:T::,::,lt;::j:l:##": del elevaclas n lastern¡reratttras especiahnenre

;:?::iilil:::':ffi;:til

dederormación' pordennirlaverocidad e,npezaremos ü,,';;,'a revisión,

442

de nretales Capítulo 20 / Funclimentosclel formado

directamente en un procesode formadose relaciona La rapidez a raquese clef'rma el metal de formado,la velocidadde deformaclediormación r,. En muchasoperaciones con la velociclacl equipo'Esto se vio de cualquierotro elementomóvil del ción es igual a la velocidadclelpunzón de la máqui(movie) tensión,como la velocidaddel cabezal sualizarnásfácihnenteen u' ensayode se define: deformación,la t,elocidadde deformación na con respect, al cabezal.Dada larapidezde

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(20.I )

t

s-l; y lr = altura o simplernente pulg /seg/pulg (m/s-ee/m.), real, tlefon'aciírrl de = € velocidacl c*rrrcle Si lavelocidadde deformaciónv esconsclera piezade trabajoquesedeforma,i"rl t*l irstanrírne¿r tensióno comprevaríaal .um-biu,/r (debidoal esfuerzode ta're dura'te la operación,entoncesésta la velocidadde deforprácticasde formado,la valoraciónde op.ru.iones las de nrayoría ra E, sión). en la velocidadde áe ra partede trabajoy las variaciones rnaci(rrse c.rrprica por ra geornetría puede alcanzar1000s-l la parte.La velocidaddedeformación clefonnaciónen diferentesregionesde a alta velocidad' de metal como laminadoy forjado o nrásparaargunosprocesosde fornrado de la temperatufunción una metales ya her'os observadoque er esfuerzoclefluenciade un la velocidadde de carienr:, esfuerzode fluenciadepende E, las tcrrperatrrasder trabajoen r.¿t. :l de resistenciase de deformaciónsobre las propiedades viociclad ra de efecto E,l cleforr'acirin. efectose puedever en la figura 20'4' a la yelocidadde deforntaciótt.El conocccorlrosensiltiliclud resistenciaa la deformación'Esto se credeforrnación,se incrementala conAl aur.enrarra velocicracl rectaen una gráficalog-log' lo cual aproximadamente rí'ea una conro usualnle'te represe'ta relación' clucea la siguiente (20'l) Y.t:Cé"' en la resistencia (simirarpero no igual.-alcoeficientede resistencia cre co'stante ra arnclec. es de sensibilidada la velocidadde deformay r?res el expoi',ente ecu¿rció.crer¿rcurv¿lde fluencia) y nxes ta pendientede la velocidadde deformaciónde 1'0, ción. E,lvakr.rrec se cleterrni'aa una curvAertla figura20'4(b)' es bastantepronunros parámetrosde la ecuación20.4 Er efecto crela ternperaturasobre con su efectosobreK en .recrecáel valor de c (consistente ciaclu.Al i'crenrentarla te.rper¿ltura, generalsepuedever en la el valorde nt.El resultaclo y aurnenta fluencia) de curv. la cle la ecuaci(rl es casidespreciable' el efectorle la velocidadcledefo'nación r-igur.'20.5.A ter'pe'aturaanlbierrte l a f l u e n c i aa t e m p e r a t u r ad e c l ec l e f o r m a c i ó ns o b r e l a r e s i s t e n c i a F l c u R A 2 0 . 4 ( a )E f e c t . c l el ¡ v e l o c i c l a c l g r a f i c a d ae n c o o r d e n a d a sl o g - l o g ' t r a b a i oe l e v a c l a(,b ) l a r n i s r l l ar e l a c i ó n

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3.0

(s-1) Velocidad de deformación (a)

é

(s-1) Velocidadde deformación (b)

Sección20.4 lEfectosobrela velocidadde deformación

443

i T e mp e ra tu ra a mb i e ri te

400'c '6 o i=

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900"c

1l

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1. 0

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102 103 104

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É

Velocidaclcle deformación (s-1)

FIGURA 20.5 Efectode la temperatura sobre el esfuerzode fluencia para un metal típico. La constanteC en la ecuación 2O.4, indicada Por la intersecciónde cada línea continua c o n l a l í n e a p u n t e a d av e r t i c a la u n a v e l o c i d a dd e d e f o r m a c i ó n= 1 ' 0 , clecrece,y m (pendientede cada línea) aunlelttaal increlnelltarsela temperatura'

del comportamientodel material'A representacióll e indica que la curva tle fluenciaes una buena juegaun papelmásimportanteen la velocidadde deformación medidaqueaurilentala temperatura, se indica por las pendientesmás grandesde las fa treterrli,aciti. clel esfuerzode flue.cia, como porquela resistenEsto es importanteen el trabajoen caliente relacio.csrlef..rraciírn-velociclad. con el incrementode la velocidadde cia a ra cref.rrraciírncrelmaterialaumentadrarnáticamente dem paralos paraclaruna ideacrerefecto,en la tabla20.1 se dan los valorestípicos defornración. del trabajoen metales' tresrangoscletetrtperatura sensi bi l i dada l a vel oci dad de

T A B L A2 0 . 1 Va l o re stíp i c o scl e temperatura, ''' en traba' o en fr' o, t' b' o y cal ' ente' cleforrnación, V' .r" fi .¡" ti tu ¿ " f -= E x p o n e n td ee s e n s i b i l i d a d R a n g od e telnperatttra a la velocicladde deformación Cate¡1oría 0< m=0'05 -=0.3 r,,, Trab.r.ioetl frírr T r a b a i oa 0 . 3 T t r t T r i r l r a j oe l l t ' ¡ l i e r l l t '

< 0.3 7',,r-0.,5Tm s 0.5 T,1,-().75f,,,

00.5< m<0.1 0.05< tn
Coeficiente de fricción 0.1 o.2 0.4-0.5

puedetenerun poderr.s .bservarque aun en el trabajoen frío la velocidadde deformación En el trabajoen calienteel efectopuedesersignificaefectonrínirnosobreel esfuerzode fluencia. y de fluenciacomo funciónde la deformación tivo. una expresiti'rrás conrpletaparaer esfuerzo poclríaser la siguiente: de clefonnación de la velociclarl Yf : A(" é"'

(20.I )

de K y de c' queconrbinalos efectosde los valoresprevios clordeA ==u' ccleficie'te cleresisterrcia los vay y el enormetrabajode ensayar recopilar crera terlrperatura, ser r.urrci.res A, rt y,r potrríarr poclríaserprohibitivo' clifere.tei'retalesy variasternperaturas lorescreest.s par.á'et'.s p¿rra en el capítulo2l' vereáeformaciónvolumétrica E,n,uestr.acoberturaclevariosprocesosde el efectode la velocidadde defordespreciamos rnosque ,ruchosrle eilos se realizanen cariente, de trabajoen frío' trabajo Paralas operaciones .laci(rrre, el .r¿ilisisclelas fuerzasy la ¡rotenci¿r. -a de deformavelocidades y trabajoen caliente de ra ter'peraturaclerecristarización por creba.io razonable' ullasuposición rcpresetrta 5u.i.s- estasubestirrraciórl ¡.E.1'tivar'crrle c.ií)¡¡

444Capíttr|o20lFunrJanrentostle|formadodemeta|es 7

205

7'.

'.

F R I C C I ÓYNL U B R I C A C I O N

6' generalde la fricción y la lubricaciónen el capítulo Hemosexa'rinadopreviamentela materia formado de efectosde la fricción en las operaciones E' la presenresecciónnos enfocaremosa los mitigarestosefectos' clelnetalesy al usOde los lubricantespara

2 0 . 5 . 1 Fricciónen el forrnadode metales

de la debidoal estrechocontactoentrelas superficies La fricciri, e' el formacloclemetaressurge en que soportanlas superficies estas y cl rrraterialdc trabajo,y a"lasaltaspresiones lrer.rarlicrrra por las side foimado,la fricción es inconveniente .'cr.ci.rcs. pn la nr'yrría cle los procesos y alguresiduales esfuerzos ocasionando l) retardael flujo del rnetalen el trabajo, guientesr¿rzones: la desempeñar para incrernentanlas fuerzasy la potencia 'as veccs.c{.cct.s tlel proclucto.z) se puede de la herratlrietrta E'l desgatste dc las herra'rietrtas. ,¡reracitirr,3).cur.r-c,rlrírpicloclcsgaste de piezasdefectuosas fabricación la a y por ende a la ¡rértlidacrela precisiórclinrensional, cr-r'clucir metalesson genede formado como las herramientaspara y al reernplazode las herranrientas. las herramientas de rmportancia.La fricción y el clesgaste ra'nelrte c.stos^s,estotieneuna mayor más rudas' dlbido a las concliciones sorrrnírsse'erosen el trabajoelr calieltte, mayoríade los diferentea la que se encuentraen la La fr.icciónen el formadode metaleses que involurodamientosy otroscomponentes r'ecirnicos,co'lo ca.jasde engranes,flechas, sistenras por generalmente caracterizan entre las superficies.Estoscasosse cr.¿rlun nrovirnicnlorel¿rtiv0 para y una lubricaciónamplia entrebajasy moderadas' clecolltacto,temperaturas ba.iaspr.esiotres por el conlrario,las condicionesen el formadode metales mininrizarel contactoentrelos metales. de trabajo' dura de la herramientay la parte suave represe.ranpresionesaltasentre la superficie (al menosen el trabajoen catemperaturas plásticadel materialmás suavey altas clefornración altosen el metalde de ñicción relativamente puedengenerarcoef,rcientes concliciones riente).E,stas fricción paralas Los valorestípicosdel coeficientede trabaj., inclus' co' la a¿iclonde lubricantes. en la tabla20'l tle formadode metalesaparecen trescategorías grandeocuffeunacondiciónconosuficientemente lo si el ctrficicnte tle fricciónllegaa ser llamadafrícción por en el trabajode nletales(también ciaa corn. atrhere.cia.r-,todhet'ettciu pegarseuna a la otraen superficiesen lgvimiento relativoa clos las tle tenclencia la es utlltct.encia) entrelas superficiesexcedeal esfuerEsto significaque el esfu".zode fricción lugarcledesliz¿rrse. por un procesode ocasionandoque er metal se deforme zo de flujo corta'te clermJar de tiabajo, entrelas superficies'La rugarde que ocuffa un deslizamiento corte ¡rordeb^iotle ra superficie,en prominenteen el lamiformadode metaly es un problema de operaciones las e, ocurre adhere.cia estoettel cirpítulo2l ' llaclo:l'evis¿trelltos

metales 2 0 . 5 . 2 L u b r i c a n t e se n e l f o rm a d o d e

en herramienta-trabajo los metalesse aplican en la interfase Los lubricantespara el trabajo cle beneficios Los los per;uaicialesefectosde la fricción' muchasoperacio,esde formadoparareducir en las fueress'en la pol€'l' la reduóciónen la adherencia, que se obtienenclesu aplicaciónincluyen la superficieen el producasí como un mejor acabadode herramientas, las de desgaste el cia y en reducirel calorde las herramientas' tie'en tambiénotrasfuncionesá*o to final. Los rutrricantes de metalesincluyen lubricanteapropiadoparael trabajo Las c'rsideraciores paraescogerun de láminametáliva a utilizar (laminu,lo,f*.¡udo, embutido er tipo de pr.cesosde f.r*ado que se la reactivifrío, así como el materialde trabajo, ya seatrabajoelt ca|iellteo trabajoen c¿ttl tlt.f()S), que los deseable es general' cletrabajo(por lo con la herranrientay con los metales claclquírnic¿r fricción)' la de paraque seanm¿, trtttivos en la reducción l'bricantesse aclrriera,¿rrassuperficies Iidad y costo' i Iiclaclclea¡rlicaciírn.tttxiciclacl'illflalnabi grasas {'¿rc cleirabajoen frío i.cluyen aceitesminerales' operaciones usad.sp¿rra [,os rrrbricartcs se caliente en trabajo El [3'5J' y otrosrecubrimientos crrursi.rr., .', aguil..iabones y aceitesgr.¿r:ios.

cleopciónmúltiple Cuestionario

445

laminadoen y materiales(por ejemploel operaciones ciertas para seco realizaergunasveceseu t" u'un paratrabajoen caliente de arurninio.cuando rosiubricantes extrusión y ra ¿rcer
nrr-r¡iEÑCinsBll]rrcli;rúrtcns [;o r nti ttg' '

York' l99l' irrg,McGraw-l{ill, [nc'' New and anclKalpakjian' S'' Lubricants t s l Naclrtnran,E. S.,etalv'orkiitg DekMarcel Operations' Lubrit:atiott ittM 1985' N ew Y ork' | 2 | C t l t l k , N . I I . ' M o " t t t t I t t t t t t t . i t t rv g ¡ \ ¡ l r l lr9 r . s6i6s,.cAhdatp| iter s o4'r l - W e s l e y ker,Inc., fo9l. yd lvlanufacturing Il c l rri n g . ra s s ., Wick, C', et ut' (L¿¡tt"')' Iruhr is r r ir cr go. . I ¡rc l .. [61 lt'ot'tttittg'' t¡f'Mcttl ed'' Vol' II' Fornúng''Society al' (editori' Iluttllxtok Ertgirteersllandnook' 4th t3 | Larrge'K'. ct 1 9 8 5 ' Dearborn'Mich'' 1984' Y o rk ' of ManufacturingEngin"""' M c G r aw- llill B o o k C o " N c r' v

' l' . . S ' - 1 " ¡rrrtlG c g c l ' l l ' t' " M e ta l Il I A f t ir r r . O h' N l c ta l sP a rk 'O h i o ' 1983' A ¡ nc r ic atS t " t i" iy fo r Mc ta l s '

l4lMie|nik.E'M'.Mctahyt¡t.Aill.r¡St'iclu'earclEttg,itrcct.-

PnrcuNTAsD EREPASO

volumétricade los procea los procesoscledeformación cristinguen que características son las 2 0 l.. ¿,cuiires iu, .un lhrninasmetálicas? Descríbala' procesofundamentalde formado' 2(\.2.La cxtrtrsitines I'tll con láminasmetálicas? proc:so: los para prensaclo .l'üruri,,u de banas? usa se c¡r.ró 20.-1.¿,p.r (ernburidoprofundo)y estirado errre estiraclo;;;¡"il rrirer.ercia ra cs 20.4. ¿,curir

a'r ió"9:'i":Ti: nuenci ecuac a ¿", ¿lrilLffi:j,:,H",ffi1i,o, :: :i:s h*rull*l*'

2('1.5. por debajoy encinrade la tem20.ó. frío ."" *rp..io al trabajo en trabajo der ve'tajas io, 20.1. I.criq.c argu.as¿. ización' clerecrist¿ll ¡,,.rn,r.,ru

metares'
C Gsxo N A R|oDE - orclc, l-1 c ió Ñ MU L T | PL E cuestionario'La calificaciónporcentualde la correctasen el siguiente respuestas ,ay 'rr t.tar

20r *:^,fl::,-il:,il:::I

r-':::1,::.:X':0"

) deunarespuesta más haber (Puede vorumétrica?

con,ámina procesos en,os 202:tiliHl;:ill[.*j:j;:1ffiiru:::::ji?J'"T:,1."'.:T111,". o b) ba]arelaciónde volumen-área' la a) alt* rclaciírlrtt* u.'iunttn-á'"o' de lnn riguientenregionesele

r'crirlicr¡s'l 'rotnr un ¿;l .t .o,upurtanrie*t'¿eu. expres¿r 20.3. r-u cur'u clcfluencia

de eresruerzo ob,ener para run?,:$i:,*u::"fi""ncia endurecimiento de r?esel exponente ; ; :*i;jlnf;;$:;il:kiii:f,": c) l/r¡," ¿iilir + rr),donde pr'r'e.io.ra) rr,ul ri-*,,1, r.lue.ci^

con respecde ternperatura' Portlclirrtnaciólr' cuál crelas siguientesregiones refiere se ambiente' ¿,a ¡'etares de temperatura absoluta?a) 20.5. [:r trabirj.c' caliente una escalade tenrperatura en dacr. rnetar. rlel r. ur punrotre fusió, ' l ' ,,, 0 ' 4 f" ' ' o d) 0' (rT" ' con respecto 'c) del trabajoen caliente ' -,b ) 0 .2 ventaiasy caracte-rísticas son de resis'n¡r.i,iir", propiedades rre ras sig'ientcs de trabajo'b) 10.(r. ¿,(.uírrcs cle-fro.turocrela parte n.,.,r,.,*1,..,rr,,,r,,,¡^cl crr rr.í.,i"¡ .l trnr.,irjo lctlciltittttttclll¿rclas'c)Propietl"clcslltccánicirsisotrópicas'd)menolesrequ"rirnientosdeen

446

tle tnetales clelforrnacJo (i.r¡titulo20 / Furrdamerrtos

son posiblescambiosmás signiñcativosde e) r'en.res requerinrie'tosde fuerzasde deforr'ación,0 fonlla. a producir¿;cuálde los siguientesefectossobreel 20.7. El aurnentoen la velocidadcledeformacióntiende rnetal?a) disminucióndel esfuerzode fluenesfuerzoclefluenciacluranteel lbrmacroen calientede un del esfuerzode fluencia' cia, b) no tieneefecto,c) irlcrernerlto de las sien el trabajoen frío tiendea ser¿,cuál y la herramienta parte la entre 20.g. El coeficienteclefricción efecto' sin c) o menor' b) mayor, a) en caliente? guientesopcionescor respectou ru valor en el trabajo

PROBLEMAS C u r v a d e f l L l e l l c i ae n fortnado

una operaciónde formado, = parau, cierto nretarson K = 600 Mpa y n 0.20.Durante 2 0 .l . Los parámetros = Determineel esfuerzode fluenciaa estadeforer csf'erzo rearfirar que experimentael metar a.73. la operación' clefluenci¿tprolnedioqtle experinlentael nretaltlurante lturcirirr), cl csl-uel.zo K =15 000 lb/pulg2 resistencia. de coeficiente rie¡reura curvade fluenciacon rosparámetros, 20.2. ljn rrrerar n =0.26. un espécimendel metalcon longitudde capor creforrnu.ión ), exr)o'ertecreencrurecir.iento esfuerzode fluenciaa estanueva = 2.0pulg,seestiraa tlnalongitud= 3.3 pulg' Detennineel libr.ac:irirr durantela deformación' clefluenciapro,n.,linal que se sujetóel rnetal I.rrgitrrrly cl esfuci'zo de cierto materialde deformación por de endureci,'iento 2 0 .-1 .Er coeficie'tede resistenciay er expone'te = cilíndricoder metalcon un diámetroinicial y tt =0. rg. un espécimen = ¡rnreba so' K +0 o0o tu/purá2 de a una longitudde l '5 pulg' Determineel esfuerzo 2.5 ¡Irlg y una longitud= 3.0 pulg se conrprirne el metal duy el "rfu..ro de fluenciapromedioque experimentó ¿rest¿llongituclconrprinricla flucrrci¿r defonrtación. sl(,1 llrd\,r\ a u ra¡rle r a l l l e lla

20.4. Un nretaltieneuna curvaclefluenciacon los ufl

lilgtill

ugll('

ull.r

LL¡r vq

uv

¡rsvr¡v¡*

parámetrosK = 850 MPa y "tp:l:lt,1t"t:|1t:t:,;:': . /.t.r

t ¡.i/r __

clelnretal'"i ¡¡= 0.30.Un espécimen p.r clefonnaci(rn Pltl:t1.:::*:j|,c,:";,t:"0*:;i:""il'j]": defluenlongitud, utunueva v elesruerzo defluenciu

il]:ffi;liil':l;;;;.;;r,"il.,

esruerzo

I

r,,-,^^^^21^

al cual ha estaclosujetoel rnetalclurantela deformación' ci1 ¡rrglrrerlig prornedio,ecuación20'2' 2 0 . 5 .Derivela ecuaciónparael esfuerzoclefluencia que = o.zl. Determineel esfuerzode fluenciapromedio y , lg2 = lbs/pu 20.6.parau' cierto metalK 50 000 K. de resistencia .,',rr.,^, si se sujetau u,-,.rfr.rzo igual a su coeficiente .;;J;,;;;^

".u"',i.iil,,il.].

20.1. ili::llil:'"'

;"::il:il:,"j¡.iffi,;;;in"ot;;*

que queocasionará unmetal para pordeformación .n¿ur.cimienro dela I

f' ..^^^^:A

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molol

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finaldespués denuencia delesruerzo parres rrescuarras fi.-^-^:^

f.i..^l

'lacnttác

rle

ln

c l cf i r r l l t a c i í r t l .

20.tt. lt:':itffi

de forparaurtmetalqueseusaen unaoperación it ¡p,,tgry tt =0.40 sonrosparárnetros .----.^-^^l -^ooriroá^ Si el csflter-

i" ,u'.:.iónrransversat erárea l,,il].'..lJil;il'i: n'.,;.;;,,;;j;,"¿u.. de reducción de-:::::f:T cantidad rary:.:il:'i: determine 2o000rbs/purg2' :n':: ;ll:;:'ffi,::;,;

", de ..i1,,;l;'l;,.,-,.

¿ireac|cIasecciílntl.¿Ulsvefsaiqtreexperinlenta|aparte'

V e l o c i d a dde defortnac¡ór-l

de tensión calibraciónde 6.0 pulgadasse sujetaa un ensayo 20.g.urr cspécirne,co, u'a longituclinicialcle del espécinl.nd" pruebase muevena una velocidad en el cual las m'rdaz-asque sostienenel extremo como funciónde la lonconstruyauna gráficade la velocidadde deformación relariva= l.() prulg/seg. g i t u c l . c u a l l c | o e | e s p é c . i n l e n s e e s t i r a a L l n a l o n g i t u d = 8 . 0 p u l guna . alturafinal de 50 mm' inicial lr = 100 *,r r.lomprirne a 20.10. urra par.tecletraba.iocon una altura = 200 mm/seg' cle las placasq.'. to"tprimen la parte I).r.arrtela clefor'ación, la velocitladrelativa D e t e r t t t i t t e l a v e | o c i d a c | d e c l e f o r m a c i ó n p a r a : a ) ¡ = | 0 0 T . , uLa ) h = 7 5 m m de y c resistencia ) h = 5 l m mc. ieuu a caboa variasvelociclades' constante 20.I r. 'na .peració' cletr.abajoerrcaliente,e Determine m=0'15' a la velocidadde deformación clesensibilidacl = 30 000 lbs/pulg2y el exponerrte 100/seg' c) o b) l'0/se8' es a¡ 0.01/seg, cledeformación si l. verocidad el esfuerzoclefluenci¿r resistenciac y el exponentede de constante la determinar para 2'.12. un ensayo¿e tensió, se lleva a cabo 1000"F A una velocidadde decletief'rmaciónnt paraunciertonretala a la'velociclad serrsibilicl.cl = y a una velocidadde clefornlación 300/seg' rg /seg,el esfi¡erz.ser.icre.'ái ooil lb/pulg2; oF' *rr.rr¿rciti. ll00 de fuera ¿quécam= 45 0()gltr/ptrlgr.a) Determi'eC y 'i" Uj Si la temperatura el csl-ucrzt) y rll'l I t i o s c s ¡ r c t ' l t t ' í i ct l t l t l s v i t l t l r c s t l c I '

h,