Escuela Militar de Ingeniería

“MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE”

BOLIVIA

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 2 – UD 9

Trabajo N°: 2 – 3er Parcial

Integrantes: Condori Laura Noelia R1597-0
Gonzales Rodriguez Fabiola Robin A24770-7
Ibañez Greilberger Bernard Alejandro A24651-4
Jimenez Quisbert Ivonne Loyola A24822-3
Macias Apata John Iker A24810-X

Curso: Cuarto Semestre

Fecha de Entrega: 08 de NOVIEMBRE de 2021
1. PROCESO DE EXTRUSIÓN
La extrusión es un proceso de formado por compresión, en el cual el material de
trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su
sección transversal. El proceso puede parecerse a apretar un tubo de pasta de
dientes. La extrusión data desde 1800. Las ventajas de los procesos modernos
incluyen: 1) se puede extruir una gran variedad de formas, especialmente con
extrusión en caliente; sin embargo, una limitación es la geometría de la sección
transversal que debe ser la misma a lo largo de toda la parte; 2) la estructura del
grano y las propiedades de resistencia se mejoran con la extrusión en frío o en
caliente; 3) son posibles tolerancias muy estrechas, en especial cuando se usa
extrusión en frío; 4) en algunas operaciones de extrusión se genera poco o ningún
material de desperdicio.

Figura 1. Proceso de extrusión.

1.1. Clasificación de los procesos de extrusión
La extrusión se lleva a cabo de varias maneras. Una forma de clasificar a estas
operaciones es atendiendo a su configuración física, se distinguen dos tipos
principales: extrusión directa y extrusión indirecta. Otro criterio es la temperatura
de trabajo: en frío, en tibio o en caliente. Finalmente, el proceso de extrusión
puede ser continuo o discreto.
1.1.1. Extrusión directa
La extrusión directa (también llamada extrusión hacia adelante) se ilustra en
la figura 2. Un tocho de metal se carga a un recipiente y un pisón comprime el
material forzándolo a fluir a través de una o más aberturas que hay en un dado
situado al extremo opuesto del recipiente. Al aproximarse el pisón al dado, una
pequeña porción del tocho permanece y no puede forzarse a través de la
abertura del dado. Esta porción extra llamada tope o cabeza, se separa del
producto, cortándola justamente después de la salida del dado.

Figura 2. Extrusión directa.

En la extrusión directa se pueden hacer secciones huecas (por ejemplo, tubos)

por medio del proceso que se ilustra en la figura 3. El tocho inicial se prepara
con una perforación paralela a su eje. Esto permite el paso de un mandril que
se fija en el bloque simulado. Al comprimir el tocho, se fuerza al material a fluir
a través del claro entre el mandril y la abertura del dado. La sección transversal
resultante es tubular. Otras formas semihuecas se extruyen usualmente de
esta misma manera.
El tocho inicial en la extrusión directa es generalmente redondo, pero la forma
final queda determinada por la abertura del dado. Obviamente la dimensión
más grande de la abertura del dado debe ser más pequeña que el diámetro
del tocho. La extrusión directa hace posible una infinita variedad de formas en
la sección transversal. Algunas posibilidades se ilustran en la figura 3.

Figura 3. Extrusión directa para producir una sección transversal hueca o semihueca.
1.1.2. Extrusión indirecta
También llamada extrusión hacia atrás o extrusión inversa, el dado está
montado sobre el pisón, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente.
Al penetrar el pisón en el material de trabajo fuerza al metal a fluir a través del
claro en una dirección opuesta a la del pisón. Como el tocho no se mueve con
respecto al recipiente, no hay fricción en las paredes del recipiente. Por
consiguiente, la fuerza del pisón es menor que en la extrusión directa. Las
limitaciones de la extrusión indirecta son impuestas por la menor rigidez del
pisón hueco y la dificultad de sostener el producto extruido tal como sale del
dado.

Figura 4. Extrusión indirecta para producir una sección transversal sólida.

La extrusión indirecta puede producir secciones huecas, como las de la figura
5. En este método el pisón presiona en el tocho, forzando al material a fluir
alrededor del pisón y tomar una forma de copa. Hay limitaciones prácticas en
la longitud de la parte extruida que pueden resolverse por este método. El
sostenimiento del pisón se convierte en un problema a medida que la longitud
del trabajo aumenta.

Figura 5. Extrusión indirecta para producir una sección transversal hueca.

 1.1.3. Extrusión en frío - tibio
La extrusión en frió y la extrusión en tibio se usan para producir partes
discretas, frecuentemente en forma terminada (o en forma casi terminada). El
término extrusión por impacto se usa para indicar una extrusión fría de alta
velocidad. Algunas ventajas importantes de la extrusión en frío incluyen mayor
resistencia debida al endurecimiento por deformación, tolerancias estrechas,
acabados superficiales mejorados, ausencia de capas de óxidos y altas
velocidades de producción. La extrusión en frío a temperatura ambiente
elimina también la necesidad de calentar el tocho inicial.
1.1.4. Extrusión en caliente
La extrusión en caliente involucra el calentamiento previo del tocho a una
temperatura por encima de su temperatura de cristalización. Esto reduce la
resistencia y aumenta la ductilidad del metal, permitiendo mayores
reducciones de tamaño y el logro de formas más complejas con este proceso.
Las ventajas adicionales incluyen reducción de la fuerza en el pisón, mayor
velocidad del mismo y reducción de las características del flujo de grano en el
producto final. La lubricación es un aspecto crítico de la extrusión en caliente
de ciertos metales (por ejemplo, acero), y se han desarrollado lubricantes
especiales que son efectivos bajo las condiciones agresivas de la extrusión en
caliente. Algunas veces se usa el vidrio como lubricante de la extrusión en
caliente; además de reducir la fricción proporciona aislamiento térmico efectivo
entre el tocho y el recipiente de extrusión.
1.1.5. Procesamiento continúo versus procesamiento discreto
Un verdadero proceso continuo opera con estabilidad por un periodo indefinido
de tiempo. Algunas operaciones de extrusión se aproximan a este ideal,
produciendo secciones muy largas en un solo ciclo, pero estas operaciones
quedan al fin limitadas por el tamaño del tocho que se puede cargar en el
contenedor de extrusión. Estos procesos se describen más precisamente
como operaciones semicontinuas. En casi todos los casos las secciones largas
se cortan en longitudes más pequeñas en una operación posterior de corte o
aserrado.
En una operación discreta se produce una sola parte o pieza en cada ciclo de
extrusión. La extrusión por impacto es un ejemplo de este caso de
procesamiento discreto.
1.2. Análisis de la extrusión
Usaremos la figura 6 como referencia para nuestra revisión de algunos
parámetros de extrusión. El diagrama asume que tanto el tocho como la extrusión
tienen una sección redonda transversal.

Figura 6. Presión y otras variables en la extrusión directa.

Un parámetro importante es la relación de extrusión también llamada relación de
reducción. La relación se define como:

(1)
Donde:
rx = relación de extrusión
Ao = área de la sección transversal del tocho inicial, (mm 2)
Af = área final de la sección recta de la parte extruida, (mm 2)

La relación se aplica tanto para la extrusión directa como para la indirecta. El valor
de rx se puede usar para determinar el esfuerzo real en la extrusión, dado que la
deformación ideal ocurre sin fricción y sin trabajo redundante:
(2)
La presión aplicada por el pisón para comprimir el tocho a través de la abertura
del dado se describe en la figura 6 y se puede calcular bajo la suposición de
deformación ideal como sigue:

(3)
Donde:
Yf = esfuerzo de fluencia promedio durante la deformación, (MPa).

De hecho, la extrusión no es un proceso sin fricción, y las ecuaciones anteriores

subestiman totalmente la deformación y la presión en una operación de extrusión.
La fricción existe entre el dado y el material de trabajo, a medida que el tocho se
comprime y pasa a través de la abertura del dado. En la extrusión directa, también
existe la fricción entre la pared interna del contenedor y la superficie del tocho.

La siguiente ecuación empírica propuesta por Johnson para estimar la

deformación de extrusión ha ganado considerable reconocimiento:
(4)
Donde:
εx = deformación de extrusión, a y b son constantes empíricas para el ángulo del
dado. Los valores típicos de estas constantes son a = 0.8 y b = 1.2 a 1.5. Los
valores de a y b tienden a aumentar cuando se incrementa el ángulo del dado.

La presión del pisón para desempeñar la extrusión indirecta se puede estimar con
base en la fórmula de Johnson para la deformación de extrusión como sigue:
(5)
En la extrusión directa, el efecto de fricción entre las paredes del recipiente y el
tocho ocasiona que la presión del pisón sea más grande que para la extrusión
indirecta. Podemos escribir la siguiente expresión que aísla la fuerza de fricción
en el recipiente de la extrusión directa:

(6)
Donde:
Pf = presión adicional requerida para superar la fricción, (MPa)
= área de la sección transversal del tocho, (mm 2)
μ = coeficiente de fricción en la pared del recipiente
po = presión del tocho contra la pared del contenedor
πDoL = área de la interfase entre el tocho y la pared del recipiente, (mm 2)

Ocurre adherencia a la pared del recipiente con lo cual el esfuerzo de fricción

iguala la resistencia a la fluencia cortante del metal de trabajo:
(7)
Donde:
Ys = resistencia a la fluencia cortante, (MPa). Si asumimos que Ys = Yf/2, entonces
Pf reduce a:

(8)
Con base en este razonamiento se puede usar la siguiente fórmula para calcular
la presión del pisón en la extrusión directa:

(9)
Donde: El término 2L/Do representa la presión adicional debida a la fricción en la
interfase contenedor - tocho. L es la porción de la longitud del tocho remanente
para extruirse y Do es el diámetro original del tocho.

La fuerza del pisón en la extrusión directa o indirecta es simplemente la presión p

multiplicada por el área del tocho AO:
(10)
Donde:
F = fuerza del pisón en extrusión, (N).

El requerimiento de potencia para llevar a cabo la operación de extrusión es

simplemente:
(11)
Donde:
P = potencia, (J/s);
F = fuerza del pisón, (N);
v = velocidad del pisón, (m/s)

Figura 7. Gráficas típicas de la presión contra la carrera del pison (y la longitud remanente del
tocho) para extrusión directa e indirecta. Los valores más altos de la extrusión directa resultan de
la fricción en las paredes del recipiente. La forma de la acumulación de la presión al inicio de la
gráfica depende del ángulo del dado (mayores ángulos del dado significan acumulaciones de
presión más pronunciadas). El incremento de presión al final de la carrera se relaciona con la
formación del tope.
EJEMPLO:
Un tocho de 76 mm de largo y 25 mm de diámetro se extruye en una operación
de extrusión directa con una rx = 4.0. La extrusión tiene una sección recta
transversal. El ángulo del dado (medio ángulo) = 90º. El metal de trabajo tiene un
coeficiente de resistencia = 414 Mpa y un exponente de endurecimiento por
deformación = 0.18. Use la fórmula de Johnson con a = 0.8 y b = 1.5 para estimar
el esfuerzo de extrusión. Determine la presión aplicada al extremo del tocho
cuando el pisón se mueve hacia adelante.
Solución
 Examinamos la presión del pisón a las longitudes del tocho de L = 76 mm (valor
inicial), L = 50 mm, L = 25 mm y L = 0. Calculamos la deformación real ideal, la
deformación de extensión usando la fórmula de Johnson (4) y el esfuerzo de
fluencia promedio (2):

Para L = 76 mm con un ángulo en el dado de 90º, se asume que el tocho será

forzado a través de la abertura del dado casi inmediatamente; entonces nuestro
cálculo asume que la presión máxima se alcanza a las longitudes del tocho de 76
mm. Para ángulos del dado menores a 90º, la presión podría acumularse a un
máximo, como en la figura 7, al comprimirse el tocho inicial dentro de la porción
en forma de cono del dado de extrusión. Usando la ecuación (9).

L = 0: La longitud 0 es un valor hipotético en extrusión directa. En realidad, es

imposible comprimir todo el metal a través de la abertura del dado. En su lugar,
una porción del tocho (el tope) permanece sin extruir y la presión empieza a
aumentar rápidamente conforme L se aproxima a cero. El incremento de presión
al final de la carrera se observa en la gráfica de la presión del pisón contra la
carrera del pisón en la figura 7. El próximo cálculo es el valor mínimo hipotético
de la presión del pison que podría resultar cuando L = 0.

2. PROCESO DE ESTIRADO (TREFILADO)

El estirado es un proceso de conformación de materiales dúctiles que se realiza
haciendo pasar el material a través de oficios calibrados denominados hileras. Se
aplica a barras y tubos de 4 a 7 metros de longitud y diámetro superior a 10mm.

Principalmente el proceso se realiza para calibrar, endurecer con la deformación

y dar una forma determinada a la barra.

Antes de someter a las barras al proceso de estirado propiamente dicho, estas

tienen que someterse a dos operaciones, la primera es el afilado, que consiste en
aplastar el extremo de la barra, para poder introducirlo por la embocadura de la
hilera como se muestra en la fotografía.
 Figura 8. Barras al proceso de estirado.
El proceso de estirado se reduce o cambia de una barra o alambre largo, en
general jalándola (de ahí el termino de estirado) a través de un dado conocido
como dado de estirado.

Por lo tanto, la diferencia entre el estirado (trefilado) y la extrusión es que en esta

el material se empuja a través de un dado, mientras que en el estirado se jala a
través de él. Los productos de barra y alambre una muy amplia gama de
aplicaciones, incluyendo redondos para flechas de transmisión de potencia y
movimiento, componentes de máquinas y estructurales, piezas brutas para pernos
y remaches, alambre eléctrico, cables, miembros estructurales con carga de
tensión, electrodos de soldadura, resortes, sujetadores para papel, rayos para
ruedas de bicicleta e instrumentos musicales de cuerda.

Las variables principales de procesamiento en el estirado son similares a las de

la extrusión; es decir, la reducción del área transversal, el ángulo de dado, la
fricción a lo largo de las interfaces del dado y la pieza de trabajo, así como la
velocidad de estirado. El ángulo del dado influye en la fuerza de estirado y la
calidad del producto estirado.

En una operación de estirado, la modificación en el diámetro del material de

trabajo se da generalmente por la reducción de área definida como sigue:
𝐴𝑜 −𝐴
𝑟= 𝐴 𝑓 (1)
𝑜
Donde:
𝑟 = 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑟𝑎𝑑𝑜
𝐴𝑜 = á𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (𝑚𝑚2 )
𝐴𝑓 = á𝑟𝑒𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝑚𝑚2 )
La reducción de área se expresa frecuentemente como un porcentaje.

En el estirado de barras, estirado de varillas y en el estirado de alambre de

diámetro grande para operaciones de recalcado y forjado de cabezas se usa el
término draft.

El draft es simplemente la diferencia entre el diámetro original y final del

material:
𝑑 = 𝐷𝑜 − 𝐷𝑓 (2)
Donde
𝑑 = 𝑑𝑟𝑎𝑓𝑡 (𝑚𝑚)
𝐷𝑜 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (𝑚𝑚)
𝐷𝑓 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 (𝑚𝑚)

Mecánica del estirado Si no ocurre fricción o trabajo redundante en el estirado

la deformación real puede determinarse como sigue:
𝐴 1
𝜀 = 𝑙𝑛 𝐴𝑜 = 𝑙𝑛 1−𝑟 (3)
𝑓
El esfuerzo que resulta de esta deformación ideal está dado por:
𝐴
𝜎 = 𝑌𝑓 𝜀 = 𝑌𝑓 𝑙𝑛 𝐴𝑜 (4)
𝑓
Donde
𝑌𝑓 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜, 𝑏𝑎𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (3)
Presentarnos a continuación la ecuación sugerida por Schey:
𝜇 𝐴
𝜎𝑑 = 𝑌𝑓 (1 + tan 𝛼)∅𝑙𝑛 𝐴𝑜 (5)
𝑓
Donde:
𝜎𝑑 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝑀𝑃𝑎)
𝜇 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑎𝑑𝑜 − 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
𝛼 = á𝑛𝑔𝑖𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑎𝑑𝑜 (𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜)
∅ = 𝑒𝑠 𝑢𝑛 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑢𝑠𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑜 ℎ𝑜𝑚𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑎

𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑠𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑜:

𝐷
∅ = 0.88 + 0.12 𝐿 (6)
Donde:
𝐷 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑟𝑎𝑑𝑜
𝐿 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝑑𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑟𝑎𝑑𝑜
𝐷𝑜 +𝐷
𝐷= 2 𝑓 (7)
𝐷𝑜 +𝐷
𝐿 = 2∗𝑠𝑒𝑛𝛼𝑓 (8)
La fuerza correspondiente al estirado es entonces, el área de la sección
transversal del material estirado multiplicada por el esfuerzo de estirado:
𝜇 𝐴
𝐹 = 𝐴𝑓 𝜎𝑑 = 𝐴𝑓 𝑌𝑓 (1 + tan 𝛼)∅𝑙𝑛 𝐴𝑜 (9)
𝑓
Donde:
𝐹 = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝑁)

La potencia requerida en una operación de estirado es la fuerza multiplicada por

la velocidad de salida del trabajo.

EJEMPLO: ESFUERZO Y FUERZAS EN EL ESTIRADO DE ALAMBRE

Un alambre se estira a través de un dado con un ángulo de entrada = 15º. El
diámetro inicial es 2.5 mm y el diámetro final es 2 mm. El coeficiente de fricción
en la interfase trabajo-dado es 0.07. El metal tiene un coeficiente de resistencia K
= 207 MPa y un exponente de endurecimiento por deformación n = 0.20.
Determine el esfuerzo de estirado y la fuerza de estirado en esta operación.
Solución:
Hallamos los valores de D y L:
𝐷𝑜 + 𝐷𝑓 2.5 − 2
𝐷= = = 0.25 𝑚𝑚
2 2
𝐷𝑜 + 𝐷𝑓 2.5 − 2
𝐿= = = 0.9659𝑚𝑚
2 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛼 2 ∗ 𝑠𝑒𝑛5°
Entonces:
0.25
∅ = 0.88 + 0.12 = 0.9111
0.9659
Se calculan las áreas respectivas antes y después del estirado y se obtienen:
𝜋𝐷𝑜 2 𝜋(2.5)2
𝐴𝑜 = = = 4.91𝑚𝑚2
4 4
𝜋𝐷𝑓 2 𝜋(2)2
𝐴𝑓 = = = 3.14𝑚𝑚2
4 4
 La deformación real resultante:
𝐴𝑜 4.91
𝜀 = 𝑙𝑛 = 𝑙𝑛 = 0.4470
𝐴𝑓 3.14
El esfuerzo de fluencia promedio en la operación se calcula:
𝑘𝜀 𝑛 207𝑥106 − 0.44700.2
𝑌𝑓 = = = 146842105.8𝑃𝑎
1+𝑛 1 + 0.2
El esfuerzo de estirado está dado por:
𝜇 𝐴𝑜
𝜎𝑑 = 𝑌𝑓 (1 + ) ∅𝑙𝑛 =
tan 𝛼 𝐴𝑓
0,07
146842105.8𝑃𝑎 (1 + ) 0.9111 ∗ 04470 = 75426357.32 𝑃𝑎
tan 15°
Finalmente, la fuerza de estirado es el esfuerzo multiplicado por el área de la
sección transversal del alambre de salida:
𝐹 = 𝐴𝑓 𝜎𝑑 = 3.14𝑥10−6 ∗ 75426357 = 236.83 𝑁

3. CONFORMADO POR EXPLOSIÓN

El formado por explosión involucra el uso de una carga explosiva para formar una
lámina o placa de metal dentro de la cavidad de un troquel. Un método de
instrumentar el proceso se ilustra en la figura 1. La pieza de trabajo se fija y se
sella sobre el troquel, practicando el vacío en la cavidad. El aparato se coloca
entonces en un recipiente grande de agua. Se coloca una carga explosiva en el
agua a cierta distancia sobre el trabajo. La detonación de la carga produce una
onda de choque cuya energía se transmite a través del agua, causando la
deformación rápida de la pieza dentro de la cavidad. El tamaño de la carga
explosiva y la distancia a la que debe colocarse sobre la pieza es más bien materia
de arte y experiencia. El formado con explosivos se reserva para piezas grandes,
típicas de la industria aeroespacial.

Figura 9. Formado por explosión: 1) disposición, 2) detonación del explosivo y 3) la onda de

choque forma la pieza y el penacho escapa de la superficie del agua.
El formado explosivo es un método de impacto alto de energía. El proceso
demuestra ser útil para las piezas que exceden las restricciones de tamaño de los
equipos convencionales para estampados, o, cuando las presiones de formado
no son obtenibles con los métodos convencionales debido a la resistencia del
metal y/o grosor de la placa. Por ello, este método se utiliza principalmente en
aplicaciones aeroespaciales.

A diferencia del formado súper plástico, se puede usar el formado explosivo con
cualquier aleación de aluminio.
Los troqueles para el formado explosivo son típicamente fabricados de hierro
fundido y acero fundido. El proceso requiere solo de una cavidad del troquel,
debido a que la onda subacuática de choque generada durante el formado
explosivo actúa como punzón. Previo a la detonación, el aire entre la placa de
metal y la cavidad del troquel puede evacuarse, debido a que la velocidad de
formado es tan alta que cualquier cantidad de aire que quede atrapada puede
prevenir que la pieza trabajada alcance la superficie del troquel. Las velocidades
de deformación pueden exceder los 100m/seg., en comparación con los
aproximados 6m/s., de los procesos convencionales de estampado. Los niveles
de alta presión del formado explosivo pueden incrementar sustancialmente la
fluencia y la resistencia de tensión de la pieza trabajada cuando se exceden las
velocidades críticas de formado.

Se usan explosivos para muchos fines destructivos, en demoliciones y en la

guerra. Sin embargo, si se controlan su cantidad y forma se pueden usar como
fuente de energía para dar forma a los metales. Esta energía se usó por primera
vez para formar metales a principios del siglo XX. En forma característica, en el
formado por explosión, la lámina bruta se aprisiona sobre un dado y baja todo el
conjunto a un tanque lleno de agua. Se saca el aire en la cavidad del dado, se
coloca a cierta altura una carga explosiva, y se hace detonar.

Figura 10. (a) Esquema del proceso de formado por explosión. (b) Ilustración del método
confinado para abombar tubos con explosivo.
La conversión rápida de la carga explosiva en gas genera una onda de choque.
La presión de esa onda es suficiente para dar forma a los metales laminados. La
presión máxima p, debida a la explosión y generada en el agua, se calcula con la
ecuación:
3 𝑎
√𝑊
𝑝 = 𝐾( )
𝑅
donde p está en psi, K es una constante que depende del explosivo (por ejemplo,
21,600 para el TNT, trinitrotolueno). W es el peso del explosivo, en libras, R es la
distancia del explosivo a la superficie de la pieza (separación) en pies, y a es una
constante, que por lo general se toma como 1.15.

Con este proceso se pueden fabricar distintas formas, siempre que el material sea
dúctil a las grandes tasas de deformación, características de la naturaleza
explosiva del proceso. El formado por explosión es versátil, casi no hay límite al
tamaño de la pieza, y se adapta en especial para corridas de producción cortas,
para piezas grandes, como las que se encuentran en las aplicaciones
aeroespaciales.

Con este método se han conformado placas de acero de 25 mm (1 pulg) de

espesor, y de 3.6 m (12 pies) de diámetro. Los tubos con paredes hasta de 25 mm
(1 pulg) de espesor se han abombado con las técnicas de formado por explosión.
Las propiedades mecánicas de las piezas fabricadas por este proceso son
básicamente iguales a las fabricadas con métodos convencionales de formado.
Según la cantidad de piezas que se va a producir, los dados pue den ser de
aleaciones de aluminio, acero, hierro dúctil, aleaciones de zinc, concreto
reforzado, madera, plásticos o materiales compuestos.

En la fig. 10b se ilustra otro método de formado por explosión: sólo se usa un
cartucho (explosivo enlatado) como fuente de energía. Este segundo proceso
también se puede usar para inflar y expandir tubos de pared delgada.

El conformado por explosión utiliza la elevada presión dinámica de una onda de

choque para presionar una chapa de metal contra la forma de una matriz y
conformarla, todo ello a gran velocidad.

Normalmente este proceso se lleva a cabo con la carga explosiva en agua, a una
cierta distancia de separación de la pieza que va a conformarse. La onda de
choque actúa como punzón.

De la mayoría de métodos, el más perfeccionado es la formación con explosivos.

Se han usado dos métodos generales. En el primero las estructuras de lámina de
metal se dimensionan o forman con embutido; se usan explosivos de alto poder
que se detonan en el aire o en agua a una distancia predeterminada de la pieza
de trabajo. Por la explosión se desarrollan presionan tan altas como 4 millones de
lb/pulg2, las cuales crean una onda de choque en el medio fluido que transmite la
energía a la pieza de trabajo. En el segundo método, se usa un dado cerrado y se
desarrollan presiones más bajas de cerca de 40,000 lb/ pulg2 por el quemado más
lento de propulsiones o mezclas de gas. Este sistema es útil sobre todo para
operaciones de abombado. De cualquier modo, existen ventajas cuando el
proceso se compara con la formación convencional en prensa. La inversión de
capital es baja si se compara con el equipo convencional de prensa, el
herramental simple y barato, y pueden formarse tamaños que serían imprácticos
con el equipo convencional; la restricción principal es el tiempo de producción de
modo que el proceso no puede usarse económicamente para la producción de
grandes cantidades. Hay alguna indicación de que pueden lograrse cantidades
más grandes de deformación por el formado explosivo que por el método
convencional de formato en prensas.
 Figura 11. Formación con explosivos.
En comparación con otros métodos de conformado más convencionales, las
ventajas del conformado por explosión hacen posible:
• Trabajar con chapas de gran tamaño (gracias al uso de explosivos).
• Utilizar espesores de chapa elevados (> 10 mm en el caso de aleaciones de
Ni).
• Producir formas elaboradas (reduciendo las operaciones tales como
soldadura y tratamiento térmico).
• Productos con una elevada resistencia mecánica.
• Dimensiones muy precisas.

4. PROCESO DE HIDROFORMADO
Al desarrollar componentes hidroformados, el análisis preciso de las condiciones
de contorno es esenciales. El diseño óptimo de los componentes teniendo en
cuenta factores especiales específicos del proceso mejora la seguridad y también
la rentabilidad de la producción en serie. El estudio de viabilidad, la configuración
de componentes y la definición de una secuencia de producción está
estrechamente interrelacionada. Una vez que estos procesos han producido un
resultado positivo, es posible comenzar con un prototipo desarrollo de los
componentes. Al trabajar a través de los pasos individuales, se deben tener en
cuenta las diferentes condiciones de contorno. Estos se describen brevemente a
continuación.

Al revisar la viabilidad, se establece una diferencia entre dos grupos de

componentes: nuevos desarrollos con una geometría que se ha configurado
específicamente teniendo en cuenta la hidroformación, y la producción de
componentes existentes que utilizan tecnología hidroforma. Los factores
significativos aquí incluyen la geometría, el grosor de las paredes, los materiales
y la adquisición de las piezas o preformas semiacabadas. Inicialmente, los datos
de geometría se evalúan con la ayuda de un sistema CAD / CAM. Se determinan
las circunferencias, radios, secciones transversales y transiciones. También se
debe tomar una decisión con respecto a las características de la preforma. En el
caso de un tubo, por ejemplo, estos factores incluirían material a utilizar, el
diámetro, el grosor de la pared y también cualquier posible necesidad de
 preformado. Luego se determina la expansión circunferencial esperada. Tomando
en cuenta los datos del material, el grosor de la pared, el preformado del blanco
tubular y otras condiciones de contorno, es posible evaluar la viabilidad de
fabricación Posteriormente, la presión interna, cierre La fuerza, las fuerzas y los
movimientos de los cilindros horizontales deben calcularse. Desde las
correlaciones entre todas las diferentes influencias, las variables son altamente
complejas, la experiencia específica es un componente esencial de la
configuración exitosa de la pieza.
4.1. Configuración de la pieza
Si es posible fabricar la pieza, la siguiente etapa es diseñar el detalle, la posición
en el dado y los canales deslizantes. En el caso, cuando un componente no parece
ser producible usando tecnología de hidroformado se intenta modificar las
condiciones existentes de tal manera que la pieza se pueda producir sin modificar
sus características funcionales. La geometría de la pieza debe optimizarse
teniendo en cuenta el proceso. límites Cuando se producen conjuntos, en ciertas
circunstancias puede ser posible agrupar varias partes en una sola o dividir él se
monta de manera diferente. También se puede seleccionar un material diferente.
Cuando al realizar este tipo de modificación, no se debe descuidar la cuestión de
la fiabilidad en la producción en serie, ya que esto es de importancia decisiva en
relación con la rentabilidad y los problemas relacionados con la ingeniería de
procesos.
En la aplicación industrial práctica, cada vez es más importante diseñar un
componente no solo para la funcionalidad sino también para la producibilidad. La
"ingeniería simultánea" y la "participación temprana" se han convertido palabras
clave importantes en el campo del diseño de productos, con el cliente y
desarrollador de procesos cooperando desde una etapa temprana en la
determinación configuración de componentes. Solo así es posible optimizar
factores relacionados con la ingeniería funcional y de procesos en un corto
período de tiempo.

Figura 12. Representación del Hidroconformado de tubos en manufactura.

5. DEFECTOS EN EL PROCESO DE EMBUTIDO

 El embutido es una operación más compleja que el corte o el doblado de lámina,
por lo tanto, hay más cosas que pueden fallar.
Pueden presentarse numerosos defectos en un producto embutido, anteriormente
nos referimos a alguno de ellos son:
• Arrugamiento en la brida o pestaña. El arrugamiento es una parte embutida
consiste en una serie de pliegues que se forman radialmente en la brida no
embutida de la parte de trabajo, debido al arrugamiento por compresión.
• Arrugamiento en la pared. Si la brida arrugada se embute en el cilindro,
estos pliegues aparecen en la pared vertical del cilindro.
• Este defecto consiste en una grieta que se abre en la pared vertical,
usualmente cerca de la base de la copa embutida, debido a altos esfuerzos
a la tensión que causan adelgazamiento y rotura del metal en esta región.
• Este tipo de fallas pueden también ocurrir cuando el metal se estira sobre
una esquina afilada del punzón.
• Orejeado. Esta es la formación de irregularidades (llamadas orejas) en el
borde superior de la pieza embutidas causada por anisotropía en la lámina
de metal. Si el material es perfectamente isotrópico no se forman las orejas.
• Rayado superficial. Pueden ocurrir ralladuras en la superficie de la pieza
embutida si el punzón y el dado no son lisos o si la lubricación es
insuficiente.

Figura 13. Proceso de embutido

Figura 14. Defectos comunes en las partes embutidas.

6. PRENSAS PARA EL PROCESO DE CONFORMADO

6.1. Prensa
La prensa es una máquina herramienta que tiene como finalidad lograr la
deformación permanente o incluso cortar un determinado material, mediante la
aplicación de una carga.
6.2. Clasificación de prensas
Debido a su amplia variedad, generalmente se clasifican en dos grandes grupos,
prensas hidráulicas y prensas mecánicas.
6.2.1. Prensas Mecánicas.
Constan de un motor eléctrico que hace girar un volante de inercia que sirve
de acumulador de energía. La energía se entrega a la parte móvil de la prensa
(carro) mediante un embrague o acoplamiento. La entrega de la energía es
rápida y total gastando en cada golpe una fracción de la capacidad de trabajo
acumulada. Se usan para trabajos de corte, estampación, forja y pequeñas
embuticiones. Generalmente son de bajo costo, rápidas y fáciles de mantener.
6.2.2. Prensas Hidráulicas.
Se basan en el conocido principio de Pascal alimentándose un pistón de gran
diámetro con fluido a alta presión y bajo caudal consiguiendo altísimas fuerzas
resultantes. La entrega de energía es controlada en cada momento tanto en
fuerza como en velocidad por lo que mantenemos el control constante del
proceso. Se usan en operaciones de embutición profunda y en procesos de
altas solicitaciones como acuñado. Son menos rápidas que las mecánicas.
6.2.3. Prensas de conformado de metales de servicio pesado para
entornos de producción exigentes.
Las prensas de conformado de metales hidráulicas Macrodyne cuentan con
marcos de prensa robustos y pesados con guías de fabricación profunda y
pesada con relaciones de guía altas. La función de relación de guía alta da
como resultado un guiado de precisión, un movimiento deslizante paralelo y
una capacidad de carga excéntrica mejorada. Estas prensas se pueden
suministrar con configuraciones de ranura en T estándar o personalizadas en
todos los tamaños y / o un patrón de orificios roscados para cumplir con los
requisitos de herramientas del comprador. Ofrecemos muchas soluciones
innovadoras para nuestras prensas hidráulicas de conformado de metales,
incluido un diseño de altura reducida. Cuando las restricciones de altura y / o
espacio en el piso de la instalación sean un problema, la unidad de potencia
hidráulica se puede montar en la parte trasera de la prensa. Esto da como
resultado la reducción de la altura total al tiempo que elimina la necesidad de
un foso poco profundo o un sistema hidráulico montado en el piso, lo que
requiere espacio adicional en el piso.
 Figura 15. Prensa Macrodyne.

7. BIBLIOGRAFIA
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COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES - PROCESOS II. Recuperado 8
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PRESSES. Recuperado 8 de noviembre de 2021, de
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