6_M2_2020-2 Trab en Frío - Axel

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Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Procesos de Conformado 
Mecánico en Frío.
Trabajo en frío de los metales. 
• Mejor acabado superficial.
• Tolerancias dimensionales más estrechas.
• Cambio en las propiedades físicas (se pueden ajustar las
propiedades mecánicas de acuerdo con las necesidades del
producto).
• Mayor capacidad para ser deformados por cargas de tracción.
• Mayor consumo de energía para la deformación.
• Anisotropía.
• Necesidad de recocidos intermedios, en el caso de grandes
porcentajes de deformación.
Estirado Compresión: Doblez: Corte o 
desprendimiento:
Procesos de aplicación 
particular:
Barras
Tubos
Alambre
Rechazado
Rechazado de 
potencia
Embutido con 
planchado
Acuñado
Laminado
Calibrado
Forja en frío
Formado de 
roscas
Extrusión
Remachado
Doblado
Rolado
Doblado de placa
Rebordeado
Engargolado
Formado con 
rodillos
Troquelado
Punzonado
Corte de cinta o
hendido
Recorte
Perforado
Escopleado
Ranurado
Lancetado
Rasurado
Corte con cizalla
Formados por alta
energía
Formado
superplástico
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Procesos de Conformado Mecánico en frío
Estirado de alambre y barra:
Estos procesos se realizan en una prensa (barra) o banco de estirado 
(alambre). En el caso de barra se realiza una sola reducción de diámetro, 
mientras que en el alambre se tiene un proceso secuencial en el que el 
material va pasando sucesivamente en varios dados de estirado, pudiendo en 
algunos casos ser sometido a un recocido en línea, esto es entre etapas 
subsecuentes de estirado.
Dado que la carga de estirado es función del coeficiente de fricción entre el 
dado y el material, entonces es usual el uso de lubricantes que soporten las 
elevadas presiones que se generan durante el contacto de la herramienta con 
el material.
El estirado puede ser en seco o en húmero (el dado se encuentra inmerso en 
el lubricante).
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Estirado de alambre
UDIATEM
Laminado en 
caliente
Decapado Estirado del alambre (Alambrón) o 
tubo (se aplican recocidos 
intermedios de ser necesario).
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Estirado de alambre
UDIATEM
Banco de estirado de 5 etapas
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
UDIATEM
Banco de estirado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Mesa de estirado
Estirado de Barra
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
UDIATEM
Mesa de estirado
Estirado de Barra
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Estirado de Alambre
Estirado en húmedo (el dado está inmerso en el lubricante).
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=wire+drawing+process&source=images&cd=&cad=rja&docid=38dIpG4ws3dLJM&tbnid=CXbWm8Jpz5_TGM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.meiwachem.com/wire.php&ei=HiN4UcvhOarD2QW5zoEw&bvm=bv.45580626,d.b2I&psig=AFQjCNEf6EqUl_JlKyEidjvVxchheSgIiA&ust=1366914195078734
Dados de estirado
Manufactura II
Deformación en frío
Semestre 2020-2
Carburo de tungsteno 
soportados por un 
casquillo de acero
Semiángulo de dado
Metal Ángulo Óptimo
Aluminio 24
Cobre 12
Acero 6
0
0 lne
f
A
A
 
 
=   
 
Carga de estirado mínima
0
0
1
1
B
f
e
AB
B A
 
  +
 = − 
   
Carga de estirado
B Cot =
Análisis del estirado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
0 Ln
o
e
f
A
=
A
 
 
 
 
Esfuerzo de estirado considerando 
trabajo de deformación
2B
f
oe
o
1+ B D
= 1-
B D
 
  
  
   
Esfuerzo de estirado 
considerando fricción 
Carga para el estirado 
de alambre
Análisis del estirado de Alambre o barra
Estirado de tubo
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Estirado de Tubo
a. Mandril móvil
b. Mandril fijo
c. Mandril flotante
d. Sin mandril
*B
*
f
et o*
o
1+ hB
= 1-
hB
 
   
   
     
* 1 2
B =
-
-
 
 tan tan
Carga para el estirado de tubo :
( )2 2int
1
4
e et extf d d = − 
Análisis del estirado de tubo
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Rechazado de chapa 
metálica
En el rechazado se considera 
que el espesor inicial y final 
son iguales
En el rechazado de potencia la presión de la 
herramienta causa el flujo plástico del material 
reduciendo el espesor de éste
Conformado de Chapa (lámina) metálica 
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Rechazado
El rechazado permite 
la fabricación de 
cuerpos de 
revolución huecos 
Conformado de Chapa (lámina) metálica 
Rechazado
Dado que la deformación se produce al 
empujar el material sobre el mandril, en 
el caso de rechazado de potencia se 
pueden alcanzar reducciones de 
espesor de casi el 200% de la máxima 
deformación en tracción
Forja en frío
El formado de cabezas y cuerpo de tornillos y tuercas en el caso de 
diámetros menores de 12 mm se puede realizar en frío 
Operaciones de formado, recalcado y 
estirado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Forja rotatoria 
(suajeado rotatorio)
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Acuñado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Grabado
886.2
2
=
k
pind
175.3
2
=
k
pind
SIN FRICCIÓN
CON FRICCIÓN
Modelado por Límite Superior
Se considera solo los efectos de la deformación en la superficie del material, 
el resultado obtenido corresponde con lo observado experimentalmente
Remachado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Formado con rodillos
Éste se utiliza para la producción de 
perfiles a partir de cinta metálica. El 
formado se produce por etapas 
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Udiatem
Formado con rodillos
Número de pasos y secuencia empleada en la formación 
de un perfil
Prof.Dr. Armando Ortiz Prado
Perfiles estructurales
Vigas producidas por 
laminación ( en 
caliente)
Perfiles producidos por el doblado de cinta al 
pasar entre rodillos formadores (en frío)
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Prof.Dr. Armando Ortiz Prado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Formado con rodillos 
Se trata de la 
fabricación de una 
lámina acanalada.
Udiatem
Rolado
Se puede aplicar a lámina o placa para formar elementos cilíndricos, la deformación 
se produce por flexión en tres puntos. Muchos textos y autores confunden este 
término para referirse a el proceso de laminación lo cual se produce por una 
traducción literal del termino ROLLING que es el utilizado en inglés para referirse a la 
deformación entre dos rodillos
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Rolado
Chapa
Tubo
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Rolado
Manufactura II
Conformado Mecánico delos metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
¿Forjar o Troquelar?
La intención de todo proceso de manufactura es producir un
elemento que cumpla con su función en un sistema, esto al mínimo
costo (mínimo consumo de energía, mínimo consumo de materiales,
mínima generación de efluentes, fácil reciclado, entre otros
aspectos). Es por lo anterior que los métodos para producir una
determinada pieza pueden ser muy variados e irse modificando en el
tiempo.
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
¿Forjar o Troquelar?
La forja es un proceso que produce muy buenas propiedades en la
pieza, pero por su complejidad resulta siempre costoso, es entonces
que se busca utilizar otros métodos más económicos como la
fundición y el troquelado; en particular en las siguientes imágenes se
observarán algunos ejemplos de como los métodos de fabricación se
han transformado para permitir una mayor producción en menores
tiempos y costos.
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Diseños construidos con base en piezas forjadas y maquinadas
Colt 1911 (1909USA)
Arma de fuego diseñada por John Moses Browning 1908-1911, estuvo en servicio en el 
ejercito americano de 1911 a 1982
Prioriza la producción mediante forja y maquinado; Resultado alto costo y durabilidad
Diseños construidos con base en piezas forjadas y maquinadas
M1 Garand (USA1932)Prioriza la producción mediante forja y maquinado; Resultado 
alto costo, durabilidad y peso
Rifle en servicio en el ejercito americano de 1936 a 1552
Diseños construidos en base a lámina.
Heckler & Koch G3 (Actualidad, Alemania)
MP44 (2GM, Alemania)
CETME C (1952, España)
Alemania dada su muy debilitada capacidad industrial se orientan a reducir costos y 
eliminar el uso de materiales estratégicos; por consecuencia sustituye forja por 
troquelado y soldadura, con lo que se tiene menor costo, mayor rapidez de 
producción y menor peso (1944) 
file://///upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/Cetme_b.jpeg
MP40 (2GM, Alemania)
En este caso se sustituyen piezas de acero por aluminio y madera por
plástico. Las piezas de aluminio son fundidas. Resultado menor costo,
menor peso, mayor rapidez de producción, peso contenido
Diseños construidos en base a lámina.
AK 47 
(1956, 
URSS)
Manufactura I
Semestre 2017-1
05 de septiembre de 2016
Procesos de Deformación Plástica
Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Doblado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Doblado
Las dobladoras permiten la producción de perfiles de sección transversal constante y de 
geometrías variadas, esto permite producir perfiles de 
baja demanda
Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Fuerza de Doblado
2
0
1.3
donde:
ancho 
espesor de la lámina
distancia de doblado (entre apoyos)
b
wt
F k
l
k
w
t
l

=

−
−
−
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
2
20 023
12
nb rM t
E
   
= −     
Carga para doblado
( )d
M
f L sen
L
= +
2
d
d
L t r= + +
( )
2
02
0
3 2
D tb
f t ctg
D t E
 

 −
= − 
−   
12 r
l
sen
D d
 −=
+
Rolado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Nuevos materiales:
una odisea de 35.000 años
del homo habilis al homo sapiens
Engargolado
Método de ensamble utilizado 
para latas de productos varios
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Engargolado
Máquina cerradora de latas
Manufactura II
Semestre 2020-2
Embutición.
Este proceso permite la obtención de piezas huecas de diversa forma (en copa,
de caja, etc.) a partir de chapa metálica. El principio básico consiste en empujar
el material en forma de lámina sobre la cavidad de una matriz mediante un
punzón. En principio se considera que el espesor inicial y final del material son
iguales
El esquema del proceso se muestra en la siguiente figura:
Embutición.
0embf t 
Embutición.
Consecuencias al considerar la 
deformación mediante la 
idealización por triángulos 
característicos:
1. Sin un pisador se pueden 
generar arrugas debido al 
exceso de material.
2. La fuerza de embutido se 
incrementa al considerar la 
carga efectuada por el 
pisador.
Disminución de la tendencia a 
arrugarse del material:
0
1%
donde
espesor del material
t
t


−
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Embutición.
Esfuerzos de compresión y de 
tracción (en dirección radial) 
generados en la lámina. 
A estos hay que considerarles el 
esfuerzo de compresión debido al 
pisador.
Como en todos los anteriores 
procesos la masa y por ende el 
volumen se conservan.
0
0
0
f
f
f
V V
tA tA
A A
=
 =
=
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Embutición.
Consideraciones más precisas para 
determinar el disco de partida para 
radios de curvatura (filetes) mayores a 
10mm.
2
donde 
área de la superficie de revolución
radio al centroide del elemento 
longitud de la curva de rotación
c
c
S r l
S
r
l
=
−
−
−
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2019-2
Embutido
Análisis del proceso
 = 0AA f
2
0
2 2  =+ hrf
022 =+ dhrd f



2
2 dhr
d
f
−=


dhr
d
f
−=



d
d yy =
0zzd =
0xx yyd d + =
xx yyd d = −
2
f
x y
r dh
d d 

= − =
 = ijijddW 
zzfyfx
dh
rdV
dh
rW 



 +−=
22
dV
dh
rdW fyx ))(( 2
 −=
20 

dh
dVrdW f=
W
f
h

 =

0
0 2 lnemb f
f
r
f r t
r
 =
Modelo y Deducción de la carga de embutido 
Embutido profundo
con estirado.
Usualmente los materiales más ocupados 
en procesos de embutición son aquellos 
con mayor ductilidad como las aleaciones 
de aluminio o cobre en comparación con 
los aceros.
Casquillos producidos en latón 70Cu30Zn; costo
elevado y posibilidad de reuso
Casquillos de acero,
mucho más
económicos, además
no requieren de cobre,
el cual es un metal
estratégico. No
pueden reusarse
Embutido.
Piezas embutidas en acero. Es importante 
cuidar la relación entre el diámetro del 
material a embutir y la altura de embutición. 
0
0
Relación de embutido
donde
diámetro inicial
diámetro final (punzón)
f
f




=
−
−
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=world+war+2+german+steel+ammo&source=images&cd=&cad=rja&docid=5FBOzv_YX6EL5M&tbnid=T5cUFucxehjHqM:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:World_War_2_German_ammunition.JPG&ei=_BFCUbTuNua42QXl0oDYAg&bvm=bv.43828540,d.b2I&psig=AFQjCNFhNzeneODc6wN8mMHzTD3RM2nr5Q&ust=1363370849497349
file://///upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7f/Naboj23_mm.jpg
Troquelado, punzonado.
Aunque el principio del proceso es el mismo, se habla de troquelado cuando se genera el
corte a lo largo de una línea cerrada para separar la pieza del material circundante, y se
habla de punzonado cuando el material cortado es el que se desecha y el que permanece
es la pieza deseada .
Troquelado Punzonado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Holgura entre matriz y punzón
Formado mediante corte de chapa 
metálica: Descripción esquemática 
de un troquel de corte
Troquel simple; 1.perno 
de freno ó límite, 2. Buje 
guía, 3. Perno guía, 4. 
Tornillos de sujeción, 5. 
Espiga guía, 6. Perno, 7. 
Placa de fijación, 8 y 13. 
Porta troquel, 9. Punzón, 
10. Placa guía, 11. Cinta, 
12.matriz 
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo enfrío
Semestre 2020-2
Troquelado
Formado de chapa mediante corte 
[Troquelado]
Troquel progresivo. En este se lleva a efecto una operación de punzonado para
después proceder al troquelado. 1. Punzón de troquelado, 2. Perno guía o de
localización, 3. Matriz de troquelado, 4. Herramienta de punzonado, 5. Matriz de
punzonado, 6. Guía, 7. Cinta, 8 pieza terminada, 9 desperdicio
Troquel progresivo y cinta en donde se observan las diferentes
etapas del troquelado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Formado de chapa mediante corte [Troquelado]
Operación de un troquel compuesto que corta y embute. 1. Punzón de corte, 2. 
Punzón de embutido, 3. Placa de soporte, 4. Matriz de corte, 5. Expulsor, 6. Cinta 
metálica a troquelar, 7. Perno de limitación o freno, 8. Pieza cortada, 9. Pieza ya 
embutida, 10. Pieza final, 11. Desperdicio o calavera. 
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Formado de chapa mediante corte [Troquelado]
Troquel progresivo de 10 etapas para alta producción. Nótese que las guías ya no 
emplean bujes sino sistemas antifricción
Dibujo de ensamble de un troquel progresivo
Troquelado 
Diferentes cintas en donde se observan las variadas etapas de 
proceso que se pueden tener en un troquel progresivo
Troquel progresivo abierto. Se puede observar que para facilitar su maquinado éste se 
estructuró en 3 secciones, las cuales son montadas al final en el portatroquel. Del lado 
izquierdo se observa una cinta en que se muestran las diferentes etapas del procesamiento
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Cinta de troquel progresivo, en la parte superior se observa la pieza producida. Del 
lado derecho se presentan algunos ejemplos de piezas troqueladas. Resulta evidente 
la variedad de operaciones involucradas
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Diversos ejemplos de piezas producidas a
partir de cinta metálica y procesadas en
troqueles. Es claro que los troqueles llevan a
efecto no solo operaciones de corte sino que
el embutido, el doblado y otros métodos son
primordiales en la formación de la pieza
Se trata de un proceso de conformado mecánico en frío en el cual el 
material, generalmente acero, se deforma plásticamente por la acción de un 
fluido a muy alta presión.
A la presión hidrostática aplicada se le adicionar una carga axial. 
Los materiales que más comúnmente son procesados por este método 
son; aceros al carbono, aceros inoxidables, cobre y sus aleaciones tales 
como los latones, aluminio y sus aleaciones. En general se trata de 
materiales con buena ductilidad.
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Trabajo en Frío
Hidroformado
El hidroformado se realiza a lámina y a tubo.
Para el hidroformado se requiere de una matriz con la forma externa de la 
pieza a producir; la cual instala en una prensa. En el caso de tubos la 
presión se aplica en el interior de éste una vez que la prensa ha cerrado las 
semimatrices.
Ventajas 
•Reducción del peso, mediante la disminución de las soldaduras y 
sustituyendo piezas fundidas o estampadas. En el caso de utilizar 
fundición se reduce el peso. Para el estampado se pueden producir 
piezas más complejas.
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Trabajo en Frío
Hidroformado
Ventajas 
•Mejores propiedades fa fatiga que en el caso de utilizar soldadura
.
•Al reducir la recuperación elástica se pueden tener tolerancias más 
precisas.
•Mejores propiedades mecánicas en general
•El proceso evita deformaciones plásticas localizadas, por 
consecuencia fracturas durante el formado; así también evita el 
colapso de tubos durante su deformación a flexión.
•Por este método se puede reducir el número de piezas, lo que 
disminuye tiempo y costo.
•Permite reducir los desechos.
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Matriz para 
hidroformado
Manufactura II
Conformado Mecánico de los metales 
Operaciones de trabajo en frío
Semestre 2020-2
Hidroformado
Equipo para 
hidroformado
Con esto concluimos la revisión de los
métodos de conformado mecánico, en
particular en frío.
Por su atención 
GRACIAS