Fricción de Máquina Hidráulica

  El formado de metales incluye varios procesos de manufactura en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar la forma de las piezas metálicas. La deformación resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal, por tanto, el metal se deforma para ajustarse al contorno que determina la geometría del dado.

  En general, se aplica el esfuerzo de compresión para deformar plásticamente el metal. Sin embargo, algunos procesos de formado estiran el metal, mientras que otros lo doblan y otros más lo cortan. Para conformar exitosamente un metal éste debe poseer ciertas propiedades, de entre las cuales las más importantes son generalmente una baja resistencia a la fluencia y alta ductilidad.

  Cabe destacar que estas propiedades son afectadas por la temperatura, así por ejemplo la ductilidad se incrementa y la resistencia a la fluencia se reduce cuando se aumenta la temperatura de trabajo. Este efecto causado por los cambios en la temperatura de trabajo da lugar a la distinción entre trabajo en frío, y trabajo en caliente. La velocidad de formación y la fricción son factores adicionales que afectan el desempeño del formado de metales. A continuación se realizará un breve análisis sobre dichos aspectos lo cual proporcionará una visión general de los procesos de formado de metales.

  El conformado mecánico se basa principalmente en los efectos producidos por la aplicación de una carga sobre un elemento determinado, éstos efectos varían en función del tipo de material del que esté constituido dicho elemento y de la forma en que sea aplicada la carga; más adelante en el presente trabajo se efectuará un análisis detallado de estos aspectos y se los interpretará en función de la curva esfuerzo - deformación y de cada una de las regiones que dicha curva presenta; por ahora es importante señalar que durante las operaciones de conformado mecánico se encuentran presentes muchos otros principios físicos que determinan la mayor o menor dificultad para lograr que el material que está siendo conformado adquiera la forma final deseada. Es por ello que a continuación se efectúa un breve análisis de algunos de éstos principios considerados como los más importantes.

  El efecto que produce la temperatura de deformación permite diferenciar el trabajo o conformado en frío del trabajo en caliente y establecer las ventajas y desventajas que cada uno de éstos presenta durante el conformado de metales. Así por ejemplo La ventaja más significativa del trabajo en caliente es la capacidad de producir deformaciones plásticas sustanciales del metal, más de las que son posibles con el trabajo en frío o el trabajo que se lleva a cabo por debajo de la temperatura de recristalización. La razón principal es que la curva de fluencia del metal trabajado en caliente tiene un coeficiente de resistencia sustancialmente menor que aquel que el mismo material presenta a temperatura ambiente, y la ductilidad del metal se incrementa significativamente. Todo esto permite establecer la existencia de las siguientes ventajas del trabajo en caliente con respecto al trabajo en frío:

  1.La forma de la parte de trabajo se puede alterar significativamente.

  2.Se requiere menor potencia para deformar el metal.

  3.Los metales que usualmente se fracturan en el trabajo en frío, pueden formarse en caliente.

  4.Las propiedades de resistencia son generalmente isotrópicas debido a la ausencia de una estructura orientada de granos creada en el trabajo en frío.

  Sin embargo de todo lo expuesto, el trabajo en caliente también involucra la existencia de varias desventajas las cuales terminan convirtiéndose en fortalezas para el trabajo en frío y que son determinantes a la hora de elegir la temperatura a la cual que se realizará el conformado del metal, dichas desventajas se exponen a continuación:

  ◆Precisión dimensional más baja.

  ◆Mayores requerimientos de energía (energía térmica para calentar la pieza de trabajo)

  ◆Oxidación de la superficie de trabajo (incrustaciones).

  ◆Acabado superficial más pobre y menor duración en la vida de las herramientas.

  La rapidez a la que se deforma el metal en un proceso de formado se relaciona directamente con la velocidad de deformación. En muchas operaciones de formado, la velocidad de deformación es igual a la velocidad del punzón o de cualquier otro elemento móvil del equipo. Esto se visualiza más fácilmente en un ensayo de tensión, en el cual la velocidad de deformación corresponde a la velocidad a la cual se mueve el cabezal de la máquina. La mayoría de los metales de estructura cúbica centrada cambian su comportamiento de dúctiles a frágiles dentro de un determinado rango de temperatura y si la velocidad de deformación es considerablemente alta, el fenómeno de la temperatura de transición resulta más significativo.

Figura 1 Efecto de la velocidad de deformación sobre el esfuerzo de fluencia para un metal típico.

  La figura 1 muestra claramente la forma en la que varía el esfuerzo de fluencia de un material en función de la velocidad de deformación, considerando diferentes temperaturas de trabajo.

  En algunos casos si la velocidad de deformación es grande puede dar lugar a que se produzcan regiones de deformaciones no uniformes o marcas de deformación, las mismas que podrían ser eliminadas al disminuirse esta velocidad. En el trabajado en caliente, el límite elástico de los metales es considerablemente afectado por la velocidad de deformación. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de deformación juega un papel más importante en la determinación del esfuerzo de fluencia, como se indica por las pendientes más grandes de las relaciones deformación-velocidad. Esto es importante en el trabajo en caliente porque la resistencia a la deformación del material aumenta dramáticamente con el incremento de la velocidad de deformación.

  En la presente sección nos enfocaremos en los efectos que produce la fricción en las operaciones de formado de metales y al uso de los lubricantes para mitigar estos efectos.

  La fricción en el formado de metales es diferente a la que se encuentra en la mayoría de los sistemas mecánicos, como cajas de engranes, rodamientos y otros componentes que involucran un movimiento relativo entre las superficies. Estos casos se caracterizan generalmente por bajas presiones de contacto, temperaturas entre bajas y moderadas, y una lubricación amplia para minimizar el contacto entre los metales. Por el contrario, las condiciones en el formado de metales representan presiones altas entre la superficie dura de la herramienta y la parte suave del material de trabajo, deformación plástica el material más suave y altas temperaturas (al menos en el trabajo en caliente). Estas condiciones pueden generar coeficientes de fricción relativamente altos en el metal de trabajo, incluso con la adición de lubricantes.

  La fricción en el formado de metales surge debido al estrecho contacto entre las superficies de la herramienta y el material de trabajo, y a las altas presiones que soportan las superficies en estas operaciones. En la mayoría de los procesos de formado, la fricción es inconveniente por las siguientes razones:

  1.Retarda el flujo del metal en el trabajo, ocasionando esfuerzos residuales y algunas veces defectos del producto.

  2.Se incrementan las fuerzas y la potencia para desempeñar la operación.

  3.Ocurre un rápido desgaste de las herramientas. El desgaste de la herramienta puede conducir a la pérdida de la precisión dimensional, y por ende a la fabricación de piezas defectuosas y al reemplazo de las herramientas. Como las herramientas para formado de metales son generalmente costosas, esto tiene una mayor importancia. La fricción y el desgaste de las herramientas son más severos en el trabajo en caliente, debido a las condiciones más rudas.