Tema 2 Procesos de Fabricación I(1)

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Sistemas de produccin industrial

    Profesores: Carlos Barbado Herrera

    Jess F. Snchez Golmayo

    Grado en Ingeniera en Electrnicay Automtica Industrial

    Universidad de Alcal

    Curso Acadmico / 2014-20154 1er Cuatrimestre

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Introduccin. Operaciones y procesos bsicos Fabricacin por conformacin

    Fundicin y moldeo

    Fabricacin por deformacin plstica

    Laminacin

    Forjado

    Extrusin

    Estirado

    Corte

    Doblado

    Embutido

    Otras operaciones

    Bibliografa:

    S. Kalpakjian, S.R. Schmid: Manufactura, ingeniera y tecnologa, Ed. Pearson.

    Mikel P. Groover: Fundamentos de manufactura moderna, Ed. Prentice Hall.

    Indice

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    INTRODUCCIN

    Ingeniera de produccin Conjunto de conocimientos referentes a procesos de conformacin y

    produccin de los materiales; a las mquinas, tiles, instrumentos y sistemasde fabricacin utilizados; y a los controles y verificaciones necesarias paraasegurar piezas y productos acordes con las normas y especificacionesestablecidas, bajo criterios econmicos y de rentabilidad

    Procesos bsicos de produccin

    El material M1 tiene informacin (un solobloque o dos)

    Se aplica una energa en el proceso E1

    Se obtiene otra forma M2 Puede haber material de desecho Md Optimizar las variables de coste de material,

    calidad y productividad

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Flujo de material

    Estado del material Slido

    Lquido

    Granular

    Semislido

    Gaseoso

    Categora del proceso Tipo de flujo

    Flujo directo

    Flujo divergente

    Flujo convergente

    Clasificacin de los procesos bsicos de produccin

    Mecnicos Trmicos Qumicos

    Deformacin plstica Fundicin Solucin/disolucin

    Fractura frgil Solidificacin Combustin

    Fractura dctil Condensacin Endurecimiento

    Flujo Calentamiento Precipitacin

    Deformacin elstica Enfriamiento Transformacin de fase

    Colocacin Evaporacin Deposicin electroqumica

    Transporte Difusin

    Categora de proceso

    Flujo de energa Elctricos, qumicos, trmicos, mecnicos,

    Flujo de informacin (dimensiones de piezas, herramientas, mquinas )

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 1: Sistemas de produccin

    Operaciones bsicas

    Operaciones bsicas en la produccin

    qumica

    Transporte de fluidos Evaporacin Cristalizacin Movimiento de masas Produccin, transferencia de calor Absorcin Adsorcin Secado Humidificacin Produccin de frio y vaco Destilacin fraccionada Separacin

    Operaciones bsicas en fabricacin

    mecnica

    Operaciones bsicas en fabricacin

    ProcesadoOperaciones de montajeMovimiento y almacenamiento del

    materialInspeccinControl

    Procesado

    Tipos

    Bsico Secundario Mejora de las propiedades fsicas Acabado

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 1: Sistemas de produccin

    Operaciones bsicas en fabricacin mecnica

    Fundicin

    Trabajos en frio y calor Forja

    Extrusin

    Laminado

    Marcado

    Mecanizado de piezas Torneado

    Desbastado, alisado

    Taladrado

    Escariado

    Acabado de superficie Barnizado

    Pintado

    Anodizado

    Galvanizado

    SqueezingCrushing (aplastado)Piercing (perforacin)Curvado (bending)

    Serrado

    Broaching

    Fresado

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Procesos

    primarios

    Procesos

    secundarios

    Clasificacin de los procesos bsicos de fabricacin

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Clasificacin de los procesos bsicos de fabricacin

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Seleccin del proceso de fabricacin buscar el proceso, caracterizado por un

    conjunto de atributos, ms afn a los requisitos del diseo

    Seleccin del proceso de fabricacin

    Tipo de material (Tf, H) influirn en el tipo operacin que puede ser aplicada

    Tamao: mximo y mnimo, medida del volumen Vy peso W

    Forma: relacin de forma, relacin superficievolumen, relacin grosor-altura

    Complejidad: informacin geomtrica, simetra, etc. Tolerancia:precisin, tolerancia de fabricacin T, incertidumbre

    Rugosidad: acabado superficial, rugosidad R

    Detalles superficiales : mnimo radio de curvatura en las esquinas

    Mnimo:nmero de componentes a fabricar Produccin: tiempo para producir un componente, tiempo de ciclo

    Coste: coste por componente

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Forma del

    componenteProceso de

    fabricacinMaterial

    Ejemplos:

    Materiales dctiles

    Deformacin plsticaMateriales frgiles

    Laminacin

    Elementos de paredes

    muy finasMoldeo en estado lquido

    Extrusin

    Seleccin del proceso de fabricacin

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2 P d f b i i I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Mtodo muy verstil, permite fabricar piezas de formas muy variadas y tamaos

    comprendidos entre unos pocos gramos y varias toneladas.

    Se utiliza tanto con materiales metlicos, polmeros(termoplsticos y elastmeros)

    y vidrios.

    Calentarlo hasta

    la temperaturaapropiada

    Verter en el

    molde en

    estado muy

    fluido

    Fundir el

    material

    Dejarlo

    solidificary enfriar

    Conformado por fundicin y moldeo: proceso

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2 P d f b i i I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Conformado por fundicin y moldeo: proceso

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Conformado por fundicin y moldeo: proceso

    En arena(transitoria)

    En coquilla(permanente)

    Colada (3)

    Enfriamiento ysolidificacin (4)

    Desmoldeo ylimpieza (5)

    Control (6)

    Ejecucin delmodelo

    Preparacin dela formay de los ncleos (1)

    Proyecto ydiseo

    Operacioneseventuales

    Operacionesauxiliares

    Preparacin delmetal lquido (2)

    1) El molde, de forma y tamao adecuadoque debe de tener en cuenta la

    contraccin del metal en la solidificacin yel sobrante necesario para posterioresprocesos

    2) Fundicin a la temperatura y cantidadadecuada

    3) La tcnica de vertido debe permitir lasalida de los gases atrapados, y que elmetal llega a todos los rincones

    4) Solidificacin, debe evitar la formacin de

    defectos, rechupes, poros, grietas

    5) Separacin de la pieza del molde

    6) Control de especificaciones

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Conformado por fundicin y moldeo: terminologa

    MOLDES

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Conformado por fundicin y moldeo: terminologa

    Materiales: Fundiciones, aceros,

    aleaciones de aluminio,el bronce, latn,aleaciones de magnesioy aleaciones de zinc

    Moldes: Arena, metal u otro

    material Mtodo de vertido:

    Gravedad, vaco, apresin por un mbolo,a presin centrfuga

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Procesos de fundicin: tipos

    PROCESOS DE MOLDEO

    (en aleaciones metlicas)

    Procesos de molde permanente

    Procesos de molde desechable

    Con modelos desechables

    Con modelos permanentes

    Molde permanente o coquilla: realizados en fundiciones, aceros especiales (refractarios) ografitos. Cada mitad se construye por separado

    Molde perdido: hechos en arena , arcilla o cermicos. Hay necesidad de un modelo Modelo: fabricado en madera, metal o plstico.

    Sobredimensionadopor: Contraccin de la pieza en el periodo de enfriamiento ngulos de salida para evitar derrumbes o arrastres de material Sobremetal para posteriores mecanizados

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    PROCESOS DE MOLDEO

    (en aleaciones metlicas)

    Procesos de

    molde desechable

    Con modelos

    permanentes

    Moldeo en arena Moldeo en cscara

    Moldeo en yeso

    Procesos de fundicin: tipos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Moldeo en arena

    Molde de arena con aglomerantes

    Modelos generalmente de madera,plstico o metal

    Uno de los mtodos ms variado y verstil

    Piezas de formas y tamaos variados

    Proceso lento. Consume mucha mano deobra (molde por pieza)

    Procesos de fundicin: tipos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL o o d ab a

    Moldeo en cscara

    Molde de arena aglomerada con resina plstica termoestable

    Procesos de fundicin: tipos

    Ventajas:

    el acabado superficial es muy bueno

    elevada mecanizacin, rapidez y uniformidad

    no necesita de mano de obra muyespecializada

    se pueden colar toda clase de metales

    Inconvenientes:

    solo es econmico en fabricacin degrandes series

    las piezas no pueden ser muy

    voluminosas las placa modelo siempre son metlicas

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    PROCESOS DE MOLDEO(en aleaciones metlicas)

    Procesos de molde

    desechable

    Con modelos

    desechables

    Moldeo a la cera perdida(investment casting)

    Procesos de fundicin: tipos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    La principal ventaja es que se pueden fabricarpiezas con muchos recovecos

    Su principal inconveniente es que resulta caro,aunque a veces puede ser rentable pues nonecesita mecanizado posterior

    Se utiliza para fabricar objetos artsticos eincluso para la produccin de piezasindustriales

    Aplicaciones

    Ventajas

    e

    inconvenientes

    Es uno de los procesos mas antiguos. Fueinventado por los egipcios y perfeccionadopor los romanos.

    Invencin

    Moldeo a la cera perdida (investment casting)

    Procesos de fundicin: tipos

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    https://www.google.es/url?q=http://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_a_la_cera_perdida&sa=U&ei=SgZqU_SeN6OR7AbL-YGIDg&ved=0CFAQ9QEwEQ&usg=AFQjCNFtFblfKwDqEjThJo7fnCfdlSQ1SQhttps://www.google.es/url?q=http://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_a_la_cera_perdida&sa=U&ei=4QBqU73wGM2Y0QXhrIGoAg&ved=0CC4Q9QEwAA&usg=AFQjCNHPxGf2oGk6gVKw2qd5jLyenf1C8g
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    Moldeo a la cera perdida (investment casting)

    Modelo de ceraBao de pasta refractaria

    (E

    spumasplstica

    sde

    poliestireno

    expandido)

    Procesos de fundicin: tipos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    10/09/2015

    Moldes permanentes

    Moldeo por gravedad Moldeo por presin adicional

    Fundicin inyectada (die casting) o

    fundicin a presin

    Moldes metlicos (aceros o fundiciones) que pueden utilizarse repetidas veces

    Coste importante cuando se trata de geometras importantes

    Aleaciones con temperaturas de fusin superiores a 1.400C necesitan el empleo de

    moldes realizados en material refractario

    Procesos de fundicin: tipos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Moldeo por gravedad

    Procesos de fundicin: tipos

    Ventajas: Reutilizacin de los moldes, dado que

    son permanentes.

    El enfriamiento rpido del molde y,en consecuencia, el buen ritmo deobtencin de piezas.

    Los buenos acabados superficiales delas piezas.

    El aprovechamiento prcticamentetotal del material fundido.

    Inconvenientes: La vida del molde es muy corta

    cuando se utiliza para piezas de

    aleaciones frricas. La prctica imposibilidad de

    moldear piezas de aleaciones frricas

    El elevado coste de fabricacin delmolde

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Moldeo a presin

    El este proceso el metal lquido se inyecta apresin (10 a 14 Mpa) en un molde metlico(matriz)

    El tamao mximo de la pieza que puede sermoldeada a presin est limitado por la fuerzade cierre de las dos partes del molde

    Piezas de gran calidad en terminado y

    dimensiones

    Grandespiezas fundidas

    Permite obtener paredes muy finas y detallespequeos

    Se utiliza en aleaciones de cobre , aluminio yzinc

    Necesidad de un ciclo presin-tiempo en cadaetapa del proceso

    Procesos de fundicin: tipos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    entajas[editar]esventajas[editar]

    http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fundici%C3%B3n_centrifugada&action=edit&section=4http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fundici%C3%B3n_centrifugada&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fundici%C3%B3n_centrifugada&action=edit&section=5http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fundici%C3%B3n_centrifugada&action=edit&section=4
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    Moldeo a presin Fundicin centrifugada

    Procesos de fundicin: tipos

    Ventajas:

    Uniformidad con laspropiedades del metal a utilizar.

    Se utiliza menos material quecon otros procesos

    No hay necesidad de montante. Se logran las dimensiones

    requeridas en el exterior de lafundicin

    Se producen menos desechos

    Desventajas:

    Es necesaria la utilizacin de unequipo extra para lograr larotacin del molde.

    El interior de las piezas suelecontener impurezas.

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Procesos de fundicin: tipos

    Colada continua

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Del proceso de solidificacin depende en gran parte laestructura metalogrfica y por tanto las propiedadesde las piezas moldeadas, as como la aparicin de

    muchos defectos Etapas:

    Nucleacin

    Crecimiento de granos

    Solidificacin: rechupes (3 y 7 % del volumen),

    desprendimientos gaseosos Estructuras de solidificacin columnares

    Tamaos de grano groseros

    Presencia inevitable de defectos internos (poros y

    cavidades)

    Presencia de xidos

    Segregaciones

    Peores propiedades mecnicas finales que otros

    mtodos

    Conformado por moldeo: tecnologa

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Factores a considerar:

    Calor necesario para fundir el metal

    Flujo del metal fundido dentro de la cavidad del molde. Fluidez Solidificacin y enfriamiento del metal dentro del molde. Transferencia de calor. Tiempo

    de solidificacin

    Influencia del tipo de material del molde

    Existen programas de simulacin

    Conformado por moldeo: tecnologa

    Calor necesario para fundir el metal

    Flujo del metal fundido dentro de la cavidad del molde. Fluidez.

    0( ( ) ( ))material colada solido fusion fusion liquido colada fusionQ V c T T c c T T

    Q = v1A1=v2A2

    2basebebedero bebedero

    v gh

    2 2

    1 1 2 21 2

    2 2 perdidas

    p v p vh h h

    g g g g

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Tiempo mnimo requerido para llenar el molde:

    Turbulencia: El llenado del molde se debe de realizar con un movimiento del fluido entrergimen laminar y turbulento para evitar solidificaciones antes de tiempo y entradas de burbujasde aire, erosiones en el molde u oxidaciones.

    Rgimen laminar Re 2000 Rgimen transicin 2000 Re 20000 Rgimen turbulento Re 20000

    Tiempo de solidificacin: Es el tiempo que tarda el material en la cavidad.

    cavidadVtQ

    Re v D

    2

    2cavidad

    sol m m

    cavidad

    Vt C C M

    A

    La Cmdepende:

    del material del molde,de las propiedades trmicas del materialde la temperatura de la colada

    Controlael tamao de grano,tipo de microestructurainfluye sobre las propiedadesmecnicas finales

    Conformado por moldeo: tecnologa

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

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    Presin metalosttica:

    Presin esttica ejercida por un fluido

    Esfuerzo normal a la superficie

    Esfuerzos en determinadas superficies

    Esfuerzos verticales en la parte superior e inferior del molde

    Resultantes horizontales sobre las paredes del molde

    Esfuerzo sobre los machos

    Rendimiento de la fundicin

    Masa del metal necesaria Mt= Mp + Md + Ms

    Masa de la propia pieza Mp

    Masa del sistema de distribucin Md

    Masa de margen de seguridad Ms (5 al 10% de (Mp + Ms))

    p gh

    n gF gh S

    Conformado por moldeo: tecnologa

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    f d ld l

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    Clculo de las mazarotas: Setrata de emplear la mnima cantidad dematerial, cumpliendo la funcin de lasmazarotas

    Regla de las contracciones. El volumen dematerial lquido de la mazarota sersuperior a la contraccin de la pieza

    Regla de mdulos. El tiempo desolidificacin de la mazarota debe sersuperior al de la pieza Mm= 1.2 Mp

    /100m p

    V nV c /

    /

    m m m

    p p p

    M V S

    M V S

    m pM M

    n= coeficiente de seguridad (1,5 a 3)c= coeficiente de contraccin

    Conformado por moldeo: tecnologa

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    D f t t i d l ld

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

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    Defectos tpicos del moldeo

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    C t ti d l d ld

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    34/82

    10/09/2015

    Caractersticas de los procesos de moldeo

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Co te de lo p o e o de moldeo

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

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    Costes de los procesos de moldeo

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Deformacin plstica

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

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    Generalidades Deformacin plstica

    Deformacin en frio y en caliente Tensin real. Deformacin logartmica. Criterios de fluencia

    Procesos de deformacin volumtrica Laminado

    Forjado

    Extrusin

    Estirado

    Trabajo en lminas metlicas Doblado

    Embutido

    Corte

    Otras operaciones

    Deformacin plstica

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Deformacin plstica

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    La aplicacin de fuerzas exteriores sobre un material provoca un estado tensional en la redcristalina que si supera determinados valores provoca deformaciones permanentes.

    Materiales monocristalinos Deformaciones

    Materiales policristalinos Cada monocristal puede adquirir una orientacin diferente

    Materiales amorfos

    Reordenamiento de granos

    Deformacin plstica

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Deformacin plstica

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    Factores dependientes de la temperatura

    Disminucin de la resistencia de los cristales

    Disminucin de sus bordes

    Trabajo en fro

    Proporciona mejor precisin, tolerancias msestrechas

    Mejor acabado superficial

    Aumenta el endurecimiento, la resistencia y la

    dureza de la parte deformada El flujo de granos durante la deformacin brinda la

    oportunidad de obtener mejores propiedadesdireccionales convenientes en el productoresultante

    Ahorros de coste en el horno y el combustible

    Requiere mayor potencia para desarrollar laoperacin

    La ductilidad y el endurecimiento limitan lacantidad de deformado del material que se puedehacer sobre la pieza

    Las superficies de trabajo deben estar limpiasinicialmente

    Trabajo en caliente

    Por encima de la temperatura derecristalizacin (> 0,5 Tf) Tf es la punto defusin del material)

    La forma de la zona de trabajo se puedealterar significativamente

    Se requiere menor potencia que en frio

    Las propiedades son isotrpicas

    No produce fortalecimiento de la zona

    Precisin dimensional ms baja

    Mayor requerimiento de energa Oxidacin de la superficie de trabajo

    Acabado superficial ms pobre y menorduracin de las herramientas

    Deformacin plstica

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Deformacin plstica

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    39/82

    Trabajo en tibio

    Por de bajo dela temperatura de recristalizacin 0,3 Tf Fuerzas ms bajas y menores requerimientos

    Son posibles trabajo ms complicados

    Se puede eliminar la necesidad del recocido

    Trabajo isotrmico Materiales especiales para altas temperaturas

    Consiste en eliminar el enfriamiento superficial y los gradientestrmicos precalentandolas herramientas

    Disminucin de la vida de las herramientas

    Deformacin plstica

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Curva tensin-deformacin ingenieril

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    40/82

    Curva tensin deformacin ingenieril

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Tensiones y deformaciones verdaderas

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    41/82

    Tensiones y deformaciones verdaderas

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Relaciones

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    42/82

    Relaciones

    Plasticidad: Hiptesis de conservacin de volumen

    0 0

    0 0

    0 0 ln ln

    A Al l

    l A lA l A l A

    0 0 0

    0 0 0 0

    ln ln ln ln 1 ln(1 )l l l l l l l

    el l l l

    0

    0 0 0 0

    (1 )AF F F l l

    s s eA A A A l l

    ln(1 ) exp( ) -1(1 ) exp( )

    e es e s

    e

    s

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Curvas reales para varios materiales

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    43/82

    Curvas reales para varios materiales

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Tensin real. Aproximacin de Hollomon

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    44/82

    Tensin real. Aproximacin de Hollomon

    K= coeficiente de resistencia a la deformacinn: coeficiente de endurecimiento

    TABLEK(MPa) n

    Aluminum1100O2024T46061O

    6061

    T67075O

    Brass7030, annealed

    8515, cold-rolledCobalt-base alloy, heat-treatedCopper, annealedSteel

    Low-C annealed4135 annealed4135 cold-rolled4340 annealed

    304 stainless, annealed410 stainless, annealed

    180690205

    410400

    900

    5802070315

    53010151100640

    1275960

    0.200.160.20

    0.050.17

    0.49

    0.340.500.54

    0.260.170.140.15

    0.450.10

    nK

    Curva de fluencian

    Y Kx

    Esfuerzo de fluencia

    Esfuerzo de fluenciamedio

    1

    nK

    n

    s

    e

    Comparacin curvas tensindeformacin

    de ingeniera y verdadera Trazo negro, ladeformacin se midecon el rea del cuello

    e a la tensin mxima (UTS))

    a la tensin

    mxima (UTS)

    Aproximacin de Hollomon

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Planteamiento general

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    45/82

    Condiciones de diseo

    Conocer el comportamiento del material enfuncin de su estado de deformacin previo

    Aplicar criterio de fluencia para determinarel estado de tensiones para crear esteestado de deformaciones

    Determinar si la instalacin es capaz desoportar los esfuerzos de deformacin

    Hiptesis de clculo

    Se considera deformacin homognea

    Se considera deformacin homognea msrozamientos

    Trabajo adicional necesario para ladistorsin interna del material

    Clculo simplificado del lmite superior

    Trabajo en la deformacin plstica

    Se considera el trabajo necesario paraproducir la deformacin de un elementodiferencial de la pieza y despus integrarlo alo largo de toda la regin de deformacin

    g

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Procesos de deformacin plstica

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    46/82

    p

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Laminado (1)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    47/82

    ( )

    El laminado es un proceso por el que se reduce el espesor del material mediante unesfuerzo de compresin aplicado a travs de dos rodillos opuestos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Laminado (2)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    48/82

    Trenes de laminacinDe desbaste

    De palanquilla

    De acabado

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Laminado (3)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    49/82

    La mayora de las operaciones de laminado se realizan en caliente, dado que se producencambios significativos en el material. Slo cuando se desean mantener tolerancias estrechas enel producto final se realizan operaciones de laminado en fro

    Materiales: Puros: Al, Cu, Zn, Fe ,Ti

    Aleaciones:

    Acero, de Al(Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn, Al-

    Mn) de Mg(Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn)

    de Cu(Cu-Zn, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Pb)

    Bronces(Cu-Ni, Cu-Si)

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Laminado (4)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    50/82

    Molinos de

    laminadores

    Laminado de

    anillos

    Perforado de

    rodillos

    Laminado de

    cuerdas

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Laminado (5)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    51/82

    Laminado plano

    0

    0

    1f

    h hr e

    h

    0 0 0 f f fv h b v h b 0 rodillo f v v v

    Reduccin de espesor Conservacin del volumen Existencia de rozamiento(esfuerzo de friccin variable)

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin ILaminado (6)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    52/82

    Consideraciones

    La friccin es necesaria para el laminado

    El material tiene que se arrastrado por los rodillos Supone un aporte de energa acumulado al proceso

    Si el rozamiento es excesivo se puede daar la superficie del material

    El coeficiente de rozamiento ser lo ms bajo posible sin patinar (se utilizanlubricantes)

    Laminadoen frio:

    Laminado en caliente:

    Como expresin de evaluacin se utiliza la siguiente:

    0,02 0,3

    0,2 0,7

    2

    0 fh h R

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Laminado (7)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    53/82

    El esfuerzo desarrollado en los rodillos es funcin de la presin que estosejercen sobre el material.

    Como primera aproximacin para el clculo de la fuerzadesarrollada por losrodillos se emplea la siguiente expresin:

    _

    F Lb_

    1.2F Lb

    12

    medio

    LF Lb

    h

    0( )fL R h h

    El par necesario se calcula con las siguientes expresiones:

    Laminado en frio:

    Laminado en caliente:

    Laminado en frio:

    Laminado en caliente:

    0,4M F L 0,5M F L

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IForjado (1)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    54/82

    Es una operacin de fabricacin depiezas mediante el conformado en

    caliente aplicando grandes presiones Intermitente (golpes)

    De forma continua (prensas)

    Dos posibilidades

    Estampa libre (yunque y martillo)

    Forja con estampa (matrices)

    Matrices abiertas

    Matrices cerradas

    Procedimiento antiguo

    Joyas, monedas, herramientas, etc. Rotores de turbinas, engranajes, tornillos,

    etc

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IForjado (2)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    55/82

    Materiales:

    metales puros: Al, Cu, Fe, Ti, Zn

    aleaciones:Acero,de Al, (Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn, Al-Mn)de Mg( Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn),de Cu(Cu-Zn, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Pb)bronces(Cu-Al, Cu-Ni, Cu-Si)

    Efectos de la forja:

    Aumento de la resistencia de laspiezas

    Elimina cavidades Afina el grano Necesidad de un proceso

    posterior de desbarbado ! Las temperaturasaproximadas de

    forjado son:

    acero 1100 a 1250 C;

    cobre y sus aleaciones 750 a 925C;

    magnesio 370 a 450C.

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IForjado (3)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    56/82

    El principal factor que se debe controlar en el proceso de forjado es la temperatura a la cual seest calentando el material.

    Si el calentamiento es insuficiente el metal ser ms difcil de trabajar debido a que posee unamenor ductilidad y maleabilidad propiedades que se le confieren al calentarlos a unatemperatura adecuada.

    Estampado (forja)

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IForjado (4)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    57/82

    0ln h

    h

    f fF K A

    0,41

    f

    DK

    h

    Forja con dado abierto

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IForjado (5)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    58/82

    f fF K A

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IExtrusin (1)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    59/82

    Caractersticas principales: Necesidad de grandes fuerzas de prensado

    ( de 2.000 a 20.000 Tn)

    Grandes reducciones de seccin (20:1 en

    acero, hasta 100:1 en aluminio) Se puede extruir una gran variedad de

    formas, especialmente en caliente, lalimitacin de la geometra es que la seccintransversal debe se la misma a lo largo detoda la parte

    La estructura del grano y las propiedadesde resistencia se mejoran

    Son posibles tolerancias muy estrechas

    Poco o ningn material de desperdicio

    La extrusines un proceso de formado por compresinen el cual el metalde trabajo es forzado a fluir a travs de una abertura de un dado para darle

    forma a la seccin transversal

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IExtrusin (2)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    60/82

    Tipos de extrusin

    Menor fuerza

    Largas piezas de seccin constante: barras, perfiles, tubos...

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IExtrusin (3)

    E t i i t E t i hid tti

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    61/82

    Extrusin por impacto Extrusin hidrosttica

    Defectos

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IExtrusin (4)

    P d l i

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    62/82

    Parmetros de la extrusin

    Relacin de extrusin

    Deformacin ideal sin friccin y sin trabajo redundante

    Deformacin real con friccin. Frmula de Johnson

    Extrusin indirecta

    Extrusin directa

    0

    x

    f

    Ar

    A

    lnxr lnf xp Y r

    lnx xa b r 0,81, 2 1,5

    ab

    f xp Y

    0

    2 f x

    Lp Y

    D

    Fuerza y potencia del pistn

    0F pA P Fv

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IExtrusin (5)

    Parmetros de la extrusin (orificios no circulares)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    63/82

    Parmetros de la extrusin (orificios no circulares)

    Extrusin indirecta

    x f xp K Y

    Extrusin directa

    0

    2 fx x

    Lp K Y

    D

    Factor de forma de orificio:

    2,25

    0,98 0,02 xxc

    CK

    C

    Cx= permetro de la seccin transversalextruidaCc = permetro de un crculo de la mismarea de la seccin extruida

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEstirado (1)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    64/82

    El estiradoes una operacin donde la seccin transversal de una barra, varilla o alambre sereduce al tirar del materia a travs de la abertura de un dado

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEstirado (2)

    Mecnica del estirado

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    65/82

    Mecnica del estirado

    Sin rozamiento

    Con rozamiento

    0 1ln ln1

    f

    A

    A r

    1tan

    fd Y

    fY

    1tan

    ff d fF A A Y

    fF A

    0,88 0,12c

    D

    L

    0

    2

    fD D

    D

    0

    2

    f

    c

    D DL

    sen

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEstirado (3)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    66/82

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEstirado (4)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    67/82

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin ICorte (1)

    El corte de lmina se realiza por una accin de cizalla Hay tres operaciones fundamentales de corte

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    68/82

    El corte de lmina se realiza por una accin de cizallaentre dos bordes afilados de corte

    PROCESO

    Hay tres operaciones fundamentales de cortepor el mecanismo de cizalla

    Punzonado

    Cizallado

    Perforado

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin ICorte (2)

    t = espesor de la lmina entre 0 4 y 6 mm

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    69/82

    t = espesor de la lmina, entre 0,4 y 6 mm

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin ICorte (3)

    Es importante estimar la fuerza de corte ya que sta

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    70/82

    Es importante estimar la fuerza de corte ya que stadetermina el tamao de la prensa necesaria

    0,7F TS t L

    S = resistencia al corte de la lmina (MPa)t = espesor (mm)L = longitud del bode de corte (mm)

    Si se desconoce S se puede estimar sepuede estimar mediante el uso de latensin mxima

    F S t L

    TS = UTSresistencia ltima a la tensin (Mpa)

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Corte por lser

    Corte (4)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    71/82

    La palabra L.A.S.E.R. proviene de los trminos LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation. Este tipode luz est compuesta por fotones que viajan en el espacio enla misma direccin, con idntica longitud de onda (luzmonocromtica) y estn en fase entre s.

    Plasma Arc Machining (PAM)

    Plasma es un gas que ha sido calentado a una temperatura lo

    suficientemente alta como para ionizarse parcialmente y por endeconducir electricidad. La temperatura del plasma puede llegar a unos27.800 C, aprovechndose de diversas formas para el maquinado demetales conductores.

    Bsicamente se genera un chorro de plasma, comprimiendo un arcoelctrico a travs de una tobera de pequea seccin transversal.

    Durante la compresin la temperatura y el voltaje aumentan enforma considerable. Al abandonar la tobera, el arco se convierte enun chorro en forma de columna de plasma de alta velocidad, a unaalta temperatura.

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Corte por chorro de agua

    l h d l l l

    Corte (3)

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    72/82

    EDM con alambre

    El un proceso de fabricacin, tambin conocido comoMecanizado por Descarga Elctrica o EDM (Por su nombre eningls, Electrical Discharge Machining).El proceso de electroerosin consiste en la generacin de unarco elctrico entre una pieza y un electrodo en un mediodielctricopara arrancar partculasde la pieza hasta conseguirreproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza yelectrodo, deben ser conductores, para que puedaestablecerse el arco elctrico que provoque el corte dematerial

    El corte por chorro de agua a alta presin es una til alternativa alos procesos de corte trmico tradicionales. Aadiendo materialesabrasivos en el chorro de agua se pueden cortar una gran

    variedad de materiales metlicos (Acero al carbono, inoxidable,titanio, aluminio, etc.) y no metlicos (Piedra, cristal, cermica,compuestos, plsticos, etc.) de grandes espesores con unoscontornos excelentes.

    El corte por chorro de agua a alta presin (aprox. 4000 bar )

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IDoblado (1)

    DOBLADO

    La operacin de doblado de metales es la deformacin de lminas alrededor de un eje recto.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grano_(mineral)http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grano_(mineral)http://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3nhttp://conformadodemetal.blogspot.com.es/p/doblado.htmlhttp://conformadodemetal.blogspot.com.es/p/doblado.htmlhttp://conformadodemetal.blogspot.com.es/p/doblado.html
  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    73/82

    Los ngulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados(menores a 90) o rectos.

    Durante la operacin, las fibras externas del material estn en tensin, mientras que las interioresestn en compresin.

    El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lmina metlica. Existen diferentes formas de doblado, las ms comunes son: doblado entre dos formas V y

    doblado deslizante (bordes)

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IDoblado (2) Tipos

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    74/82

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IDoblado (3) anlisis

    Relaciones y clculos de fuerzas

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    75/82

    Tolerancia al doblado

    ba2 R+K360

    ABA t ba

    ba

    R < 2t K = 0,33

    R 2t K = 0,5

    Si

    Si

    Recuperacin elstica

    b

    b

    A ASB

    A

    Fuerza de doblado

    2( )

    bf

    K TS wtF

    D

    bf

    bf

    Doblado en V K = 1,33

    Doblado de bordes K = 0,33

    w = ancho de la parte en la direccion del eje

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEmbutido (1)

    El embutido es una operacin de formado de lminas metlicas que se usa para hacer piezas en

  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

    76/82

    Carcasahalgeno

    Tapa proteccin

    forma de copa, de caja y otras formas complejas. Se realiza colocando una lmina de metalsobre la cavidad de un dada y empujando al metal hacia la cavidad de ste con un punzn

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEmbutido (2)

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=FWa_1bc6qfq1cM&tbnid=6c_eJuPtC13eWM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.micromanufacturing.net/didactico/Desarollo/microconformado/2-embuticion-en-la-micro-escala/2-2-descripcion-del-proceso&ei=T7hLU5y-CIqb1AX7qoCYBw&bvm=bv.64542518,d.d2k&psig=AFQjCNFwF6yefJngC-he2xPVFYtuf9m19Q&ust=1397557709327950http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=FWa_1bc6qfq1cM&tbnid=6c_eJuPtC13eWM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.micromanufacturing.net/didactico/Desarollo/microconformado/2-embuticion-en-la-micro-escala/2-2-descripcion-del-proceso&ei=T7hLU5y-CIqb1AX7qoCYBw&bvm=bv.64542518,d.d2k&psig=AFQjCNFwF6yefJngC-he2xPVFYtuf9m19Q&ust=1397557709327950
  • 7/25/2019 Tema 2 Procesos de Fabricacin I(1)

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin IEmbutido (3) Anlisis

    Relaciones y clculos de fuerzas

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    Medidas del embutido:

    Relacin de embutido:

    Reduccin:

    Relacin de espesor al dimetro:

    Fuerzas:

    Fuerza de embutido:

    Fuerza de sujeccin:

    < 0.2b

    p

    DDR

    D

    superior a 1%b

    t

    D

    < 0.5b p

    p

    D Dr

    D

    c = 1.1 t

    Dt (TS) 0,7b

    pp

    F DD

    2 20,015 ( 2. 2 )h b p d F Y D D t R

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIALTEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Otras operaciones (1)

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    Procesos de formado con hule

    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIALTEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Otras operaciones (2)

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    SISTEMAS DE PRODUCCIN INDUSTRIAL TEMA 2: Procesos de fabricacin I

    Otras operaciones (3)

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