Biomateriales

3.2. DEFORMACIONVOLUMETRICAENELTRABAJODEMETALES

En general se menciona estos procesos cuando se tiene una parte inicial más voluminosa que laminar, y las deformaciones son significativas con referencia a su forma inicial.

Los procesos de deformación volumétrica que se describen en esta sección son: 1) laminado, 2) forjado, 3) extrusión, 4) estirado de alambre y barras. La sección también documenta las variantes y operaciones afines a estos cuatro procesos básicos que se han desarrollado a través de los años.

Estos proceso se pueden clasificar en: operaciones en frió o en caliente. Se realiza las operaciones en frió cuando la deformación no es tan significativa y se requiere mejorar las propiedades mecánicas de las partes con un buen acabado superficial. El trabajo en caliente se realiza cuando la deformación es significativa comparada con la parte original.

La importancia tecnológica y comercial de los procesos de deformación volumétrica deriva de lo siguiente:

• Con las operaciones de trabajo en caliente se pueden lograr cambios significativos en la forma de las partes de trabajo.

• Las operaciones de trabajo en frío se pueden usar no solamente para dar forma al trabajo, sino también para incrementar su resistencia.

• Estos procesos producen poco o ningún desperdicio como subproducto de la operación. Algunas operaciones de deformación volumétrica son procesos deforma neta o casi neta; se alcanza la forma final con poco o ningún maquinado posterior.

3.2.1. PRODUCTOS LAMINADOS

El laminado es un proceso de deformación en el cual el metal pasa entre dos rodillos y se comprime mediante fuerzas de compresión ejercidas por los rodillos. Los rodillos giran, como se ilustra en la figura 3.6, para jalar el material y simultáneamente apretarlo entre ellos. Un proceso estrechamente relacionado es el laminado de perfiles, en el cual una sección transversal cuadrada se transforma en un perfil, como por ejemplo un perfil I.

La mayoría de los procesos de laminado involucra una alta inversión de capital, ya que se requiere equipos pesados llamados molinos laminadores o de laminación, El alto costo de inversión requiere que la producción sea en grandes cantidades y por lo general artículos estándares como láminas y placas. La mayoría de los productos laminados se realizan en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida, y se le llama laminado en caliente. Los metales laminados en caliente están generalmente libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrópicas. Las desventajas del laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y la superficie presenta una capa de óxido característica.

Examinemos la secuencia de pasos en un molino de laminación para ilustrar la variedad de productos que pueden hacerse. El trabajo empieza con un lingote de acero fundido y recién solidificado. Aún caliente, el lingote se coloca en un horno donde permanece por muchas horas, hasta alcanzar una

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temperatura uniforme en toda su extensión, para que pueda fluir consistentemente durante el laminado. Para el acero, la temperatura de laminación es alrededor de 1200 oC. La operación de calentamiento se llama recalentada, y los hornos en los cuales se lleva a cabo se llaman fosas de recalentamiento

FIGURA 3.6 Proceso de laminación, específicamente laminado plano.

FIGURA 3.7 Algunos productos de acero hechos en molino de laminación.

El lingote recalentado pasa al molino de laminación, donde se lamina para convertirlo en una de las tres formas intermedias llamadas lupias, tochos o planchas. Una lupia tiene una sección transversal cuadrada de 150 mm de lado o mayor. Un tocho se lamina a partir de una lupia, es de sección transversal

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cuadrada de 38 mm por lado o mayor. Una plancha se lamina a partir de un lingote o de una lupia y, tiene una sección rectangular de 250 mm de ancho o más, y un espesor de 38 mm o más. Estas formas intermedias se laminan posteriormente para convertirlas en productos finales.

Las lupias se laminan para generar perfiles estructurales y rieles para ferrocarril. Los tochos se laminan para producir barras y varillas. Estas formas son la materia prima para el maquinado, estirado de alambre, forjado y otros procesos de trabajo de metales. Las planchas se laminan para convertirlas en placas, láminas y tiras. Las placas laminadas en caliente se usan para la construcción de barcos, puentes, calderas, estructuras soldadas para maquinaria pesada, tubos y tuberías, y muchos otros productos. La figura 3.7 muestra algunos de estos productos laminados de acero.

3.2.1.1. Laminado plano y su análisis

FIGURA 3.8 Vista lateral del laminado plano indicando el espesor antes y después, las velocidades de trabajo, el ángulo de contacto con los rodillos y otras características.

El laminado plano se ilustra en las figuras 3.6. y 3.8. Involucra el laminado de planchas, tiras, láminas y placas, partes de trabajo de sección transversal rectangular con un ancho mayor que el espesor. En el laminado plano, se presiona el material de trabajo entre dos rodillos de manera que su espesor se reduce

Donde:

d = diferencia, (mm);

to = espesor inicial, (mm);

d=to −tf

(3.6)

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Capitulo III 151 tf = espesor final, (mm)

Algunas veces se expresa la diferencia d como una fracción del espesor inicial to llamada reducción r r = td (3.7)

o

Cuando se usa una serie de operaciones de laminado la reducción se toma como la suma de los adelgazamientos dividida entre el espesor original.

Además de reducir el espesor, el laminado incrementa usualmente el ancho del material de trabajo. Esto se llama esparcido y tiende a ser más pronunciado con bajas relaciones entre espesor y ancho, así como con bajos coeficientes de fricción. Existe la conservación del material, de tal manera que el volumen de metal que sale de los rodillos es igual al volumen que entra a los rodillos

towolo =tfwflf (3.8) wo, lo son ancho y largo iniciales de trabajo (mm),

Donde:

wf, lf son ancho y largo finales de trabajo (mm).

De igual forma, la velocidad volumétrica del material antes y después debe ser la misma, así que las velocidades pueden relacionarse antes y después

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