Clases de Conformado

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓNFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL D INGENIERÍA METALÚRGICA

ASIGNATURA: C O N F O R M A D O D E M E T A L E S

DOCENTE: Mg – Ing. Uldarico USURIAGA LÓPEZ

Cerro de Pasco, Agosto

2 0 1 5

El curso trata del estudio del maquinado o fabricación de piezas y equipos empleados en las diferentes industrias a partir de los metales y aleaciones, teniendo en cuenta sus características, propiedades y aplicación en los procesos industriales.Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se alcanza debido a su ductilidad.

INTRODUCCION

OBJETIVOSLos objetivos que persigue la correcta realización de esta práctica son:• Conocer algunos procesos de conformación de metales (troquelado, doblado, embutido, laminado y extrusión), determinando sus generalidades, variables, características y propiedades y aplicación en los principales procesos.• Practicar el manejo adecuado de cada una de las partes de la prensa hidráulica.• Conocer los dispositivos utilizados en los procesos: troquelado, matrices, Punzones, etc.

Propiedades físicas

• R Rrd RRRRR Resistencia a ser rayado

Capacidad de volver a su forma original

Posibilidad de cambiar de forma por el martilleo.

METALES

Buenos conductores del

calor y la electricidad

Sólidos a temperatura

común excepto el mercurio y el

galio

Propiedades físicas

icapacidad de soportar una fuerza continua

Duct

deformación sin roturas

Metalurgia

Ciencia que incluye su extracción a partir de los minerales Metálicos y el estudio de sus propiedades

ProcesosConcentración: separación del material residual que lo

acompaña

Refinado: producir el metal a estado puro o casi puro

Mecánicas

Químicas

Eléctricas

TECNOLOGÍA DE MATERIALES

EXTRACCIÓN Y REFINACIÓN

DEL HIERRO

Extracción del mineral del hierro

Explotación del coque Alto horno

Escoria

Aire

Transporte Preparación del mineral

Explotación de la piedra

caliza

Arrabio

HISTORIA DEL USO DEL HIERRO

En el segundo y tercer milenio antes de Cristo, comienzan a apareces objetos de hierro con mayor frecuencia

La edad de hierro es el estudio de la etapa en el desarrollo de una civilización, en la que se descubre y populariza el uso el hierro como material para fabricar armas y herramientas.

La Siderurgia (del griego síderos, "hierro") es la

técnica del tratamiento

del mineral de hierro para obtener

diferentes tipos de éste o de sus aleaciones.

Óxidos Hidróxidos Carbonatos

El hierro se encuentra presente en la naturaleza en diferentes formas

Hematita Magnetita Limonita Siderita

Estos minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales contienen elementos indeseados denominados gangas.

Imantación Separación por densidad

Consiste en hacer pasar las rocas por un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas, que precipitan en un sector aparte.

Se sumergen todas las rocas en agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el mineral de hierro.

MINAS DE EXTRACCION

HIERRO

Las reservas de Brasil arrojan un 53% en porcentaje promedio de hierro. A pesar de esto las minas producen mineral con más de un 65% de pureza. Está constituido el mineral prácticamente de hematita, principalmente en Carajás, con un porcentaje que varía entre 60 y 68% de hierro hematítico, en Minas Gerais con porcentajes de

variación entre 50 y 60% de hierro. Las principales reservas son estimadas en 50 billones de toneladas y se encuentran específicamente en este estado y en el

de Pará

BRAZIL

Pequeño productor de mineral de hierro a pesar de contar con grandes recursos. Los principales depósitos se ubican en el Cerro El Mutún al sudeste de este país. Importante cantidad de éste se exporta a Argentina. El mineral en forma de finos de sínter posee entre un 63 y 66% de Ley de Fe y es enviado a Paraguay pasando antes por puertos de Brasil. Este mineral consiste en hematita.

BOLIVIA

• Esta mina está ubicada al interior del Valle del Huasco en la III Región y reemplazó a la Mina EL Algarrobo, que está próxima a cerrar por agotamiento del mineral. 

• Los Colorados tiene reservas por 245 millones de toneladas métricas, con una ley media de 48% de fierro.

• La propiedad de este yacimiento se comparte en un 50% con Mitsubishi Corporation.

MINA LOS COLORADOS

• Ubicada en la IV Región, produce finos, granzas y pellets feed, tanto para el mercado nacional como para la exportación. 

• Sus reservas medidas alcanzan a 38,9 millones de toneladas con una ley media de 48% de fierro y una ley de corte de 30% de fierro.

MINA EL ROMERAL

• Ubicada en la III Región, abastece de preconcentrados de hierro a la Planta de Pellets de Huasco. Esta mina está en sus últimos años de operación, debido al agotamiento del mineral. 

• Sus reservas medidas alcanzan a 2,6 millones de toneladas, con una ley media de 47,6% de fierro y una ley de corte de 26,0% de fierro magnético.

MINA EL ALGARROBO

Los principales yacimientos se encuentran cerca de Paz del Río en Boyacá a 220 km al noroeste de Bogotá. El mineral es del tipo de mina asociado con sedimentos con un porcentaje promedio de 44% de Fe, 11% de Sílice y 1% de fósforo. Sus reservas fueron estimadas en 73 Mt el año 1990. Su producción bordea las 600.000 toneladas.

COLOMBIA

La producción de mineral de hierro, pélets y granzas de México es para

consumo doméstico exclusivamente. La producción de pélets se da en Monclava

de propiedad de AHMSA, Peña Colorada, Alzada y Lázaro Cárdenas de Villacero,.

La empresa minera más grande de México es GAN (Grupo Acerero del Norte), que adquirió los derechos de AHMSA para la explotación de sus

operaciones en 1991. Estos incluyen las minas de La Perla y Hércules, ambas conectadas a través de tuberías que

llegan a las plantas de sínter y de pélets de AHMSA en Monclava.

MÉXICO

El hierro es una sustancia relativamente abundante en este país; sin embargo, sus

depósitos no fueron explotados en la época incaica, ni durante la Colonia. La explotación de hierro en el Perú se inicia en 1953 con los trabajos emprendidos en

el depósito Marcona. A la fecha es la única mina de hierro en producción, con

un promedio anual, del orden de 10 millones de toneladas métricas.

PERU

En Venezuela el mineral de hierro es extraído de las minas y comercializado exclusivamente por la Corporación Venezolana de Guayana (CVG) y Ferrominera del Orinoco (FMO), las minas se encuentran en la región de Guayana. Las reservas de mineral de hierro que poseen CVG y FMO están estimadas en alrededor de 1,7 billones de toneladas de reservas comprobadas y 13 billones de reservas totales que incluyen los estimados de los depósitos probables y posibles. Venezuela puede suplir la demanda futura de metálicos por más de un siglo, basándose en la demanda actual y en las reservas comprobadas.

VENEZUELA

• ESTAN FORMADOS DE HEMATITA DE ALTO GRADO Y QUE CONTIENE DEL 30 AL 65 % DE HIERRO.

DEPOSITOS DEL LAGO SUPERIOR DE AMERICA

OTRAS MINAS

DEPOSITOS DE LA U.R.S.S.

DEPOSITOS DE LA COSTA ORIENTAL DE

GRAN BRETAÑA

DEPOSITOS LORONESES

DEPOSITOS DE TIERRA DE SOL DE MEDIA

NOCHE

LOS DEPOSITOS EN LA CUENCA DEL AMAZONAS

Para la producción de hierro son necesarios cuatro elementos fundamentales:

Mineral de hierro Coque

Piedra caliza Aire

PREPARACIÓN Y ENRIQUECIMIENTO DEL MINERAL

Trituración

Clasificación

Calcinación

Lavado

Separación electromagnética

Tostación

Intemperización

Sinterización

COMBUSTIBLE

COQUE

COMBUSTIBLE VEGETAL

-Alto poder calorífico 7000 a 8000 Kcal/kg

-Porosidad

-Resistencia

-Bajo costo

-Considerable desgaste

-Poder calorífico 6500 a 8000 Kcal/kg

-Ausencia de azufre

-Bajo porcentaje de ceniza

-Alto costo

-Baja resistencia

ALTO HORNO C + 02= CO2 + 97 650

cal.

CO2+ C = 2CO – 37 710 cal.

3Fe2O3 +CO= 2Fe3O4 + CO2 + 8870 cal.

2Fe3O4 + 2CO =6FeO+ 2CO2- 9980 cal6FeO+ 6CO = 6Fe +6CO2+ 19500 cal.

* FeO +C = Fe + CO -34 460 cal.

3Fe + 2CO = Fe3C+ C02

DISTRIBUCIÓN GENERAL DE UN ALTO HORNO Y PLANTA AUXILIAR

Composición final de arrabio

Hierro

10 %

3-4 % Carbón

CarbonoSilicioMagnesioFosforoAzufre

*Aumenta cantidad de grafito*Aumenta el silicio y manganeso*Aumenta la tenacidad

Hierro gris, cristal grandeHierro gris, cristal medioHierro gris finoHierro blanco

*Aumenta el azufre*Aumenta la cantidad*Aumenta la fragilidad

PRODUCTOS DE ALTO HORNO

Se utilizan para moldear objetos y piezas en los talleres de fundición 1.25-4.25%Mn0.5-1.3% P0.3% S

Obtención del acero.

Ferroaleaciones; hierros fundidos con alto contenido de silicio ó manganeso.Se utilizan como adiciones especiales para producir acero y piezas de hierro fundido

Se utilizan en producción de ladrillos, bloques y hormigón; material de asilamiento térmico, balasto para vías de ferrocarril o se reviste de asfalto para carreteras

Se utiliza como combustible en los recuperadores, calderas de vapor y otras instalaciones de producción.

Fundición gris Arrabio Fundición especial Escoria Gas

EL ACERO

¿Qué es el Acero?

¿Qué es el Arrabio y como se obtiene?

Obtención del Acero

Método Bessemer

Método Martin-Siemens

Horno Eléctrico

ASPECTOS GENERALES DEL ACERO

Propiedades del acero:

Estructura cristalina compacta y homogénea: Material estructural más cercano a la isotropía. Densidad muy alta: 8t/m3 Resistencia muy alta tanto a la tracción como compresión. Alto ratio resistencia / peso. Material dúctil. Material frágil.Conductividad térmica muy elevada.

Impurezas presentes en el acero:

Azufre: forma con el hierro sulfuro, da lugar a un eutéctico. Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. Fósforo: Disminuye la ductilidad. Forma un eutéctico frágil con bajo punto de fusión y transmite al acero su fragilidad. Oxígeno: el contenido de oxigeno es mayor en el acero en estado liquido que en estado sólido. Para evitar burbujas de gas atrapadas en el metal, el oxigeno debe eliminarse.

2. Principales Productos del AceroBARRAS

Barras para hormigón Barras para molienda Alambrón

PLANOS

Planchas gruesas Rollos y planchas laminadas en caliente

Rollos y planchas laminadas en frío

TUBULARES

Tubos soldados por arco sumergido

LOS ACEROS AL CARBONO

• El carbono aumenta la dureza y la resistencia del acero.

• La composición química, Fe y C (principales), Mg y Si (necesarios) y S, P, O e H (impurezas).

• Máquinas, carrocerías de automóvil, cascos de buques…

Acero al Carbono

LOS ACEROS INOXIDABLES

Jeringa de alta presión de Acero Inoxidable

• Aceros que no son aceros al carbono o convencionales.

• Además de Fe y C poseen altos contenidos en Cr y Ni.

• Pueden contener otros metales tales como Mo, Ti, Mn, Cu en pequeñas proporciones.

• Fe – Cr (10-20%) – Ni (8-10%) – C es el más básico.

ACERO INOXIDABLE

• Se producen por acería eléctrica a partir de chatarra de acero inoxidable.

Siderurgia no Integral

• Además de las cargas habituales se introduce Cr como ferrocromo y Ni mecánico.

• Se realizan los procesos habituales de fusión, conversión, desulfuración, ajuste de composición, afino y colada continua.

¿Cómo se Producen?

Provenientes del Cr• Provoca un efecto

anticorrosivo en condiciones ambientales

• Crea un capa protectora con cierta debilidad

Provenientes del Ni• Protege la capa pasivante,

es decir, la acción anticorrosiva del Cr

• Mejora sus propiedades mecánicas

Es importante aclarar que los aceros denominados inoxidables no se oxidan en condiciones atmosféricas pero si pueden hacerlo en otras condiciones de temperatura y presión.

Propiedades de los Aceros Inoxidables

1. AusteníticosLos más empleados:16-26% de Cr y un mínimo de 7% de Ni. No magnéticos, elevada ductilidad y soldabilidad. Añadiendo Mo se aumenta la resistencia química.

2. Ferríticos12-17% de Cr. Resistencia a la corrosión aceptable, magnéticos.

3. MartensíticosCon un 11-13% de Cr. Presentan alta dureza y tenacidad.

4. DuplexAceros austeno-ferríticos: 17-30% de Cr, 6-12% de Ni y 2-5% de Mo. Mejores propiedades mecánicas y anticorrosivas.

Clasificación de los Aceros Inoxidables

APLICACIÓN DE LOS ACEROS

Acero Cortex

El uso intensivo que tiene, y ha tenido, el acero para la construcción de estructuras metálicas ha conocido grandes éxitos, como la Torre Eiffel, construida en París en 1889, que es hoy día uno de los monumentos más visitados del mundo.

Alambres y Cordones de Acero Los alambres y cordones de acero de alta resistencia son utilizados en construcción con el objetivo principal de incrementar la resistencia a tracción de las estructuras de hormigón y crear unos estados de tensión y deformación adecuados

Barras para HormigónSe usan en la confección de armaduras de cualquier elemento de hormigón armado.Las corrugas o resaltes permiten una alta adherencia al cemento o al hormigón. Entre sus aplicaciones tenemos: columnas, vigas, losas, tanques de agua, viviendas, edificios, puentes, etc.

Barras para Molienda Uso como medio de molienda en la minería. Las barras para molienda de minerales poseen propiedades de elevada resistencia a la abrasión (dureza), elevada tenacidad y desgaste uniforme.

Laminados en CalienteSe usa en la fabricación de tubos y perfiles para construcción estructural, cañerías y tubos soldados para la conducción de fluidos, cilindros, etc.

Laminados en FríoEste material es usado en muebles metálicos, cocinas, refrigeradoras, tubos, partes externas de vehículos y en general donde se requiera un buen acabado superficial.

1. Aluminio y Aleaciones: Piezas para aviones, cuerpos de válvulas, cabezas de cilindros, cajas de cambio de automóviles, zapatas de freno, etc.

2. Cobre y Aleaciones: Se emplea en conductos y maquinaria eléctrica.

3. Aleaciones de Magnesio: Maquinaria portátil, herramientas neumáticas, máquinas de escribir y coser, etc.

4. Aleaciones de Zinc: Piezas para la industria automotriz, accesorios para edificios, piezas de máquinas para oficina y juguetes.

Aleaciones

La corona de acero inoxidable ha probado ser un medio eficaz y práctico para restaurar los dientes demasiado degradados .

Curva de esfuerza - deformación

PROCESO DE TRABAJO EN CALIENTE

CONFORMACION DE PIEZAS A PARTIR

DE LOS POLVOS METALICOS

La pulvimetalurgia o metalurgia de polvos es un proceso de fabricación que, partiendo de polvos finos y tras su compactación para darles una forma determinada (compactado), se calientan en atmósfera controlada (sinterizado) para la obtención de la pieza. Este proceso es adecuado para la fabricación de grandes series de piezas pequeñas de gran precisión, para materiales o mezclas poco comunes y para controlar el grado de porosidad o permeabilidad.

Algunos productos típicos son rodamientos, árboles de levas, herramientas de corte, segmentos de pistones, guías de válvulas, filtros, etc.

Introducción a la manufacturaEs la ciencia que estudia los procesos de conformado y fabricación de componentes mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinaria, herramientas y demás equipos necesariospara llevar a cabo la realización física de tales procesos, su automatización, planificación y verificación

Manufactura.1.- "Obra hecha a mano o con el auxilio de máquina. 2.- “Lugar donde se fabrica”

3.- Consiste en la transformación de la materia prima en un producto de calidad utilizando procesos precisos, eficientes y rentables, con o sin la ayuda de maquinaria o sistemas automáticos.

La Metalurgia Extractiva es la rama de la ingeniería que involucra los procesos de beneficio, concentración y extracción de metales y/o compuestos, aplicando las leyes de la mecánica y la termodinámica a las operaciones de reducción de tamaño, separación sólido/sólido y sólido/agua y ataque bien sea en medios acuosos o con alta temperatura.

Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

Procesos de formado mecánicoEl formado de partes con la aplicación de fuerza mecánica, se considera uno de los procesos de formación más importantes, en términos del valor de la producción y del método de producción. El formado de partes se puede efectuar con el material frío (formado en frío) o con material caliente (formado en caliente). Las fuerzas utilizadas para formar las partes pueden ser de tipo de flexión, compresión o cizallado y tensión

Industrias básicas

1. Industrias con producción masiva• Manufactura continua• Elevado volumen• Periodos de tiempo largos• > 100 000 por año• Ventas / pedidos preestablecidas• Maquinaria especializada

Clasificación por su tamaño

El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a presión en los moldes.

Industrias básicas

1.Industrias con producción masiva

2.Industrias con producción moderada

3.Industrias con producción limitada

Clasificación por su tamaño

Industrias básicas

1.Industrias con producción masiva• Manufactura continua• Elevado volumen• Periodos de tiempo largos• > 100 000• Ventas / pedidos preestablecidas• Maquinaria especializada

Clasificación por su tamaño

Industrias básicas

2. Industrias con producción moderada• Cantidades relativamente grandes• Producción mas o menos continua• Cantidad de producción variable• Pedidos eventuales• Maquinaria mas versatil• 2500 a 100000 por año

Clasificación por su tamaño

Industrias básicas

3. Industrias con producción limitada• Mas flexibles• Volumen de producción en lotes limitados• Depende de pedidos y ventas imprevistas• Maquinaria y equipo mucho mas versátil• Requiere de operadores mas calificados• 10 a 500 piezas por año

Clasificación por su tamaño

Industrias básicas

1. Alimentos y procesado de alimentos2. Manufacturas eléctricas y electrónicas3. Automotriz y transporte4. Accesorios metálicos, plomería, acondicionamiento y refrigeración5. Construcción6. Mobiliario y trabajo de la madera7. Productos de piedra, cristal y arcilla8. Industria extractiva9. Etc.

Clasificación según porducto

Tendencias en las manufacturas

Maquinas mas rígidas, mas veloces y con mejores niveles de precisión

Nuevos materiales para las herramientas

Automatización de maquinasAlimentadores automáticosMaquinas para roscarMaquinas automáticas de husillos múltiplesTornos automáticos

Enlace de maquinas mediante unidades de transferencia o transporte

Maquinas controladas numéricamente

Marinados sin desprendimiento de viruta (menor desperdicio de material)Piezas formadas previamenteForjadasRechazado HidráulicoForja rotatoriaRechazado…

Tendencias en las manufacturas

Tendencias en las manufacturas

Tendencias en las manufacturas

La automatización y el control numérico

AutomatizaciónMétodos usados para controlar automáticamente diversas maquinas enlazadas entre si con los sistemas de transferencia de piezas en estas maquinas.

Puede incluir:Alimentación de la carga a las maquinasLa transferencia del producto de una maquina a otraLas operaciones de inspecciónLa expulsión del producto terminado.

La automatización implica autocorrección

La automatización y el control numérico

Control Numérico

Es el proceso mediante el cual las maquinas herramienta se controlan por medio de instrucciones numéricas

Es mas flexible que la automatización ya que todo se controla mediante instrucciones numéricas

Se pueden operar las maquinas sin la intervención del elemento humano.

Pueden adaptarse fácilmente a cambios de producto, material, tipo de producción, etc.

La automatización y el control numérico

Control Numérico