FUNDAMENTOS DE ANÁLISIS PLÁSTICO

Fundamentos de análisis plástico

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DOCUMENTO-L01 FUNDAMENTOS DE ANÁLISIS PLÁSTICO

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Departamento de Ingeniería de Construcción y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

Eva Mª Rubio Alvir

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Lección 1. Fundamentos de análisis plástico

1. Introducción y conceptos generales

Los Procesos de Conformado por Deformación Plástica (PCDP) son aquellos procesos de fabricación que aprovechan el comportamiento plástico de los materiales metálicos para modificar las características geométricas o mecánicas de los mismos.

El requisito básico exigible a los materiales a los que se les puede someter a este tipo de procesos es que sean materiales metálicos dúctiles, es decir, capaces de admitir grandes deformaciones mecánicas en frío sin llegar a romperse, tales como: cobre, latón, bronce, acero, acero inoxidable, aluminio y aleaciones ligeras.

Estos materiales se caracterizan por tener una curva de tensión-deformación más larga y curvada que la de los materiales frágiles, lo cuáles romperían sobrepasada cierta tensión (como puede apreciarse en la figura 1).

σ        σ[pic 4][pic 5]

Punto de rotura

ε        ε

1. b)

Figura 1. Curva tensión-deformación: a) materiales dúctiles; b) materiales frágiles.

Los Procesos de Conformado por Deformación Plástica consisten, básicamente, en aplicar cargas sobre el material de partida de modo que se sobrepase su tensión de fluencia y se obtengan, de esta manera, piezas con una forma final diferente a la inicial por haber entrado el material en la zona de comportamiento correspondiente a deformaciones permanentes.

El origen de los PCDP es tan antiguo que habría que buscarlo en las primeras civilizaciones humanas. Aún hoy, lejos de haber perdido vigencia o de haber sido sustituidos por otros más modernos, los PCDP siguen jugando un importante papel dentro del ámbito de la Fabricación pues, de hecho, una gran parte de los objetos que nos rodean (espirales de cuadernillo, anillas de carpetas, clips, escarpias, perchas, etc.) han sufrido en algún momento de su fabricación un proceso de este tipo.

Los distintos tipos de Procesos de Conformado por Deformación Plástica admiten distintas agrupaciones dependiendo de la característica elegida para llevar a cabo la clasificación. A continuación se muestran algunas de las más frecuentes:

1. Atendiendo a la geometrías de la pieza: Tridimensional: forja, estampación Plana: laminación, embutición

Unidireccional: estirado, trefilado, doblado

1. Atendiendo a la temperatura (T ) del proceso: En frío: si T<Tr

En caliente: si T>Tr

donde Tr es la temperatura de recristalización del material e igual a la mitad de su temperatura de fusión Tf. Esto es:

T = 1 T

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(1)

r        2   f

Cuando el proceso tiene lugar en caliente el material es más fácil de manipular ya que aumenta su ductilidad. Su comportamiento viene dado por una curva del tipo:[pic 7]

σ

ε

Figura 2. Curva tensión-deformación para procesos de conformado en caliente.

Mientras que en frío el comportamiento del material viene dado por un curva como la mostrada a continuación en la que Y2 > Y1 lo que indica que hay endurecimiento por deformación del material.

σ[pic 8]

Figura 3. Curva tensión-deformación para procesos de conformado en frío.

1. Atendiendo a la forma en que discurre el proceso: Discreto: estirado de barras, estampación Continuo: laminación, trefilado

1. Atendiendo a las familias de procesos:

Procesos de conformado genéricos: estirado, extrusión, laminación y forja Proceso de conformado de chapa

En general, la elección del tipo de proceso viene condicionada por las características del material de partida y por el resultado que se quiera obtener con el mismo y va a ser determinante a la hora de seleccionar las máquinas, las herramientas y los utillajes empleados en el proceso.

Por ejemplo, para materiales que hayan sido procesados previamente y sean planos o unidireccionales es adecuado el proceso de conformado en frío, pero para preformas de partida gruesas, como las empleadas en los procesos de forja, es más adecuado el conformado en caliente.

Conocido el material de partida y elegido el proceso de fabricación habrá que seleccionar las máquinas, las herramientas y los utillajes necesarios para llevarlo a cabo.

1. Comportamiento plástico de los materiales

El análisis de los PCDP se aborda desde la Teoría de plasticidad; encargada del estudio matemático de las deformaciones producidas sobre los sólidos cuando estos son sometidos a la acción de fuerzas.

La Teoría de plasticidad puede considerarse como una continuación de la teoría de elasticidad. Tradicionalmente, en el ámbito de la elasticidad, para definir el grado de deformación de un material sometido a una fuerza de valor P (tracción o compresión) se utiliza el concepto de deformación nominal, ingenieril o convencional cuya expresión matemática viene dada por:

donde:

li es la longitud inicial

l es la longitud actual

e = l − li

li[pic 9]

(2)

mientras que, para el campo de la plasticidad, suele usarse el par tensión-deformación dado por:

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