• Author / Uploaded
• adrian chav

• Categories
• Extrusión
• Aluminio
• Engranaje
• Ingeniería de Edificación
• Materiales

Citation preview

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

CUESTIONARIO TECNOLOGÍA MECANICA II C A P Í T U L O 15

Extrusión y estrirado Grupo 3.9 Integrantes: Alvarez Martinez Martin Conde Piza Cesar Chavarria León Adrian Yofre Gallinate Torres Brayan Gomez Flores Jorge Michel Rivera Oscar Rodny Panozo Araos Gabriel Vargas Flores Edwin

15.16 Explique por qué la extrusión es un proceso por lotes o semicontinuo. ¿Cree que se puede volver un proceso continuo? Explique su respuesta. Mediante el proceso de extrusión se puede producir una gran variedad de secciones transversales solidas o huecas y debido a esto es que es un proceso por lote o semicontinuo porque el proceso solo produce una cierta cantidad limitada de un producto con cierta sección transversal para luego continuar con otro. Se puede volver un proceso continuo si existiera una demanda constante de un solo producto haciendo que todas las operaciones sean constantes. 15.17 Explique las diferentes maneras por las cuales el cambio del angulo del dado afecta el proceso de extrusion R.15.18.- El vidrio es un buen lubricante en la extrusión en caliente. ¿También utilizaría vidrio para el forjado por matriz de impresión? R.- El vidrio no es adecuado para el forjado por matriz de impresión debido que el vidrio no puede formar una capa de cavidad como en extrusión. Existen otros lubricantes como ser.    

Dispersiones de grafitos micro procesados, coloidal o semicoloidal en medio acuoso. Dispersiones de grafito entre aceite mineral o sintético Compuestos sintéticos a base de sales Dispersiones de solidos de lubricantes tales como di sulfuro de molibdeno, nitruro de boro de vidrio.

15.19 ¿Cómo haría para evitar los defectos de agrietamiento central en la extruccion ? explique porque serian efectivos sus métodos. 

 



a) aumenta con el incremento del Angulo del dado.

Al aumentar el Angulo del dado de extruccion se crean zonas muertas las cuales generan un sobre esfuerzo para poder extruir la pieza, logrando interrumpir el flujo continuo de material y produciendo zonas donde las velocidades del material son distintas siendo menor las zonas exteriores de la boquilla del dado y mayores al centro de la pieza. Por lo cual para evitar las zonas muertas debemos dar un Angulo apropiado al dado de extruccion que estará en función a la fuerza de extruccion y la s propiedades del material, donde la relación de áreas debe definir el Angulo del dado Ɛ= ln(A0/Af) siendo en el caso de los materiales ferrosos un ángulo de 60° para evitar estos defectos.

  

 

 

  

b) aumenta al incrementarse la cantidad de impurezas. Las impurezas son concentradores de tensión, las tenciones que influyen en las impurezas son en todos los sentidos siendo la parte más fácil de liberar esa tensión por efecto de acción y reacción la salida de la boquilla del dado donde las velocidades serán mayores en la sección la parte mas larga de la impureza y menores a medida que disminuya su sección. Para evitar las imperfecciones debido a las impurezas se debe tener el cuidado de la selección del material y la compra de un material adecuado c) disminuye al reducirse la relación de fricción.

Debido a que el material está en contacto permanente con las paredes del recipiente al momento de empujarlo hacia afuera se producirá fricción en las paredes que están en contacto con dicho material, esta fricción hará que el material se frene en las partes exteriores del recipiente y que vaya mas rápido en las partes internas de la boquilla de extrucción, de esa manera se generaran los defectos del interior de la pieza. Para reducir la fricción se usan dos métodos los cuales pueden usados simultáneamente: El primero es que el pistón que empuja el material sea de menor diámetro que la recamara, d esa manera no habrá fricción con las paredes y solo habrá esfuerzo en el material. El otro método es que se puede usar una placa de vidrio en el caso de la extrusion calenté para que el vidrio cumpla la función de lubricante, para el caso de la extrusion en frio se pueden usar lubricantes solidos lo cual impide la fricción con las paredes del recipiente.

15.20 ¿Cuál es el propósito de una placa de extracción en la extrusión por impacto? R.- En el proceso de extrusión tiene como base un procedimiento con un pistón, cámara de posicionamiento de material y un dado con la forma geométrica de la pieza en este proceso por la gran presión que es sometida la pieza por el pistón este suele atorarse en la cámara donde se posiciona el material con la pieza en bruto, la placa de extrusión sirve para desasegurar el pistón y sacarlo cundo esto suceda 15.21 En la tabla 15.1 se dan los intervalos de temperatura para la extrusión de diversos materiales. Describa las posibles consecuencias de extruir a una temperatura a)por debajo b)por encima de esos intervalos

Si se llegaría a extruir a una temperatura por debajo no se daría una deformación uniforme ya que para lograrlo tendria que estar en caliente el desgaste en la pieza puede ser excesivo, cuando este excede su temperatura se crea una capa de oxido a menos que se caliente en un horno de gas inerte. Esta capa puede ser abrasiva y afectar al patron de flujo del material afectaría al acabado superficial de la pieza. Para los dos casos afectaría en los costos de produccion. 15.22 ¿Varía la fuerza en la extrusión directa conforme la palanquilla se vuelve más corta? Si es así, ¿por qué? R.- el procesos de extrusión requiere variables como la propiedad del material la sección transversal y la deformación. Como nos dice si varia la fuerza en función de la longitud, eso no es cierto porque no esta entre las variables del proceso de extrusión. La extrusion directa fuente google

15.23 Comente el significado de los patrones de flujo de los granos, como los mostrados en la figura 15.6.

a) En este caso el metal extruido fluye en la misma dirección que el pistón. Se considera entonces que el lingote se desplaza con respecto a la cámara de compresión durante el proceso, dando como resultado que la presión sea función de la longitud del lingote b) En este caso se crean fuerzas de fricción con la cámara de compresión, es aquí donde se crea un ángulo en el flujo del metal, creando una zona muerta cono se observa en la figura c) Este flujo muestra el flujo de un metal con cambio de temperatura en la palanquilla como en la cámara, este flujo se relaciona con el anterior inciso porque también crea una zona muerta donde el flujo del metal es estático, además de crear diferentes tipos de defectos en el estirado 15.24 ¿En qué aplicaciones podría utilizar el tipo de partes extruidas por impacto que se muestran en la figura 15.14? Según la figura 15.14 una

aplicación que se puede obtener es la siguiente:

-

La carcasa de una computadora profesional el MAC PRO de Apple a continuacion se muestra un poco del proceso a la que se sometio la pieza despues del proceso de extrusion por impacto. proceso de

cilindrado proceso de pulido proceso

de ranurado con fresa -se agregan componentes electronicos y se finaliza el proceso teniendo como resultado el MAC PRO. Entre otras aplicaciones simples se tiene:

Tazas metalicas

Macetas metálica

15.25 Se pueden fabricar engranes de dientes rectos por medio de a) Estirado b) Extrusion Se pueden fabricar los engranes helicoidales? Explique su respuesta

a) Si, pero mediante estirado no se puede llegar hasta un engrane terminado ya que este requerira procesos adicionales para su acabado final b) El proceso de extrusion para el fabricado de engranes de dientes rectos es muy usado ya que requiere de las herramientas de menor costo para la produccion en masa de engranes y versatilidad extraordinaria, ya que por este metodo puede producirse casi cualquier forma deseada. La fabricacion de engranes helicoidales no es actualmente posible con la tecnologia y procesos actuales de extrusion que no permitirian que los dientes de los engranajes salgan en un angulo que no sea recto que involucraria rotacion del dado o de la barra de una manera controlada de velocidad de giro y corte de la barra extruida. 15.26.- Ya vimos en el capítulo 13 que aplicar tensión trasera en el laminado reduce la fuerza de laminado. ¿Qué ventajas tendría, en su caso, la aplicación de una tensión semejante en el estirado de barras y alambre? Explique su respuesta. R.- Las ventajas que proporciona la reducción de fuerzas en las tensiones traseras en estirado. Una buena calidad superficial, precisión dimensional, aumento de resistencia y dureza, posibilidad de producir secciones muy finas. Ya que se necesita una fuerza menor para obtener materiales de diámetros pequeños. 15.27 ¿Cómo prepararía el extremo de un alambre para que fuera posible alimentarlo a través de una matriz, de manera que se pueda comenzar una operación de estirado? R.- las secciones transversales de las puntas tendrían que ser reducidas para que logren pasar por el dado de estirado y luego sujetadas para que luego se estiren, podría pasar primero por un proceso de extrusión para adelgazar la puntas. 15.28 ¿Cuál es el propósito de un bloque de apoyo en la extruccion?

El bloque de apoyo permite que podamos intercambiar dados y así poder producir piezas de distintas secciones y formas solo cambiando el dado y variando la fuerza para producir la tensión necesaria. 15.29 Describa sus observaciones en relación a la figura 15.8

Dado de b se realizo para sacar el producto de seguro para escalera de aluminio 6063 T6 todos los dados de b c y d son diferentes de formas huecas intrincadas, angulos de salida diferentes 15.30 En ocasiones, el estirado de alambre de acero se realiza dentro de una envoltura de un metal blando, como cobre o plomo. ¿Por qué sería útil esta envoltura? R.- este elemento llamado encamisado del contenedor es para proteger el control y evitar la contaminación de la palanquilla además evita q el contenedor contamine el medio ambiente. Donde se trabaja estos gases pueden ser toxicos en ocaciones con este proceso nos evitamos de este problema, es un tipo de lubricación en realidad 15.31 ¿Cuáles son las ventajas del estirado múltiple? -Se pueden producir de distintos tipos de geometría, como ser: cilíndricas, cuadradas, huecas, varillas, etc. -Se puede obtener secciones uniformes de paredes gruesas con curvaturas. -La producción en masa de al menos 100 alambres al mismo tiempo aminora los costes de lo que sería un proceso caro para una baja producción. 15.32. ¿En que circunstancias es preferible la extrusión indirecta a la directa?

Los tipos de extrusión dependen básicamente de la geometría y del material a procesar. Se utiliza la extrusión directa para áreas de sección transversal mas grandes en la extrusión directa no se necesitan procesos previos para sacar la impurezas del material, pero la extrusión indirecta sirve para reducir la fricción de los materiales no existen demasiados defectos de extrusión podríamos llegar a la conclusión que la extrusión indirecta es mas eficiente que la directa pero es limitada ya que no se puede aplicar a secciones transversales grandes 15.33 ¿Por qué la lubricación es perjudicial cuando se extruye con un dado tipo ojo de buey? R.- como existen varios tipo de lubricación para el proceso de extrusión como pueden ser solidos liquidos. Una lubricación adecuada es fundamental en el estirado para mejorar la vida de los dados y el acabado superficial del producto, además de reducir las fuerzas y la temperatura del estirado. La lubricación es crítica, sobre todo en el estirado de tubos, debido a la dificultad para mantener una película de lubricante lo suficientemente gruesa en la interfaz. En el estirado de barras, un método típico de lubricación utiliza recubrimientos de fosfato. Es perjudial por la forma del dado. 15.34 ¿Cuál es el propósito de un revestimiento de contenedor en la extrusión directa? (Ver fig. 15.1).

El revestimiento limita la longitud del contenedor, Debido a que el material a extruir siempre se deforma en el extremo de la boquilla del contenedor, no solo se produce una carga térmica más alta aquí, sino que también el desgaste es más extenso en este punto, lo que conduce a una situación de carga alta, el revestimiento de fosfato es el mas utilizado en cuanto a lubricación se refiere, ya que aminora la friccion creada entre la cámara y el metal a extruir.

15.35 Estime la fuerza requerida para la extrusión de latón 70-30 a 700 °C, si el diámetro de la palanquilla es de 125 mm y la relación de extrusión es 20.

Datos: Laton 70-30 T = 700ºC Do = 125 mm i = 20 Cálculo de la fuerza de extrusión con la siguiente ecuación: 𝐹 = 𝐴0 𝑘 ln

𝐴0 𝐴𝑓

Donde: 𝐴0 : área transversal de la palanquilla inicial 𝐴𝑓 : área transversal del producto extruido k: constante de extrusión Para el cálculo de la constante k de extrusión se obtiene de la siguiente figura según la temperatura de extrusión a 700ºC.

Donde k psi (250 temperatura de extrusión.

= 35,000 MPa) a la

Según la relación de extrusión se tiene lo siguiente: 𝑖=

𝐷0 𝐷𝑓

𝐷0: diámetro inicial 𝐷𝑓 : diámetro de extrusión Despejando 𝐷𝑓 diámetro de la extrusión se tiene: 𝐷𝑓 =

𝐷0 0.125𝑚 = = 0.00625𝑚 𝑖 20

Entonces con los datos calculamos la fuerza requerida de extrusión: 𝜋 ∗ 0.1252 𝜋 ∗ 0.1252 4 𝐹= ∗ 250 ∗ ln 𝜋 ∗ 0.006252 4 4 𝐹 = 18.38𝑀𝑁 15.36 Suponiendo un proceso ideal de estirado, cual es el diametro final mas pequeño al que se puede estirar una barra de 100mm de diametro? R.- Suponiendo que el proceso sea ideal, lo maximo que se puede reducir por estirado en una sola operacion sin que el material se rompa es hasta el 63%, lo que significaria que la barra de 100mm de diametro terminaria con un diametro de 63mm depues de un primer estirado, pero este proceso se puede repetir multiples veces hasta lograr diametros de 0.01mm con el uso de altas temperaturas y materiales resitentes como el tungsteno y molibdeno

15.37.- Si incluye la fricción en el problema 15.36, ¿sería diferente el diámetro final? Explique su respuesta R.𝒅 = 𝟏𝟎𝟎(𝒎𝒎) → 𝟓𝟎(𝒄𝒎)→ 𝟎. 𝟓(𝒎) 𝒌 = 𝟒𝟎𝟎𝑴𝒑𝒂 𝑨𝟎 = 𝝅 ∗ 𝒓𝟐 = 𝟎. 𝟕𝟖𝟓(𝒎𝟐 ) 𝑭 = 𝑨𝟎 ∗ 𝑲𝟎 ∗ 𝐥𝐧 (

𝑨𝟎 ) 𝑨𝒇

𝑭 = 𝟎. 𝟕𝟖𝟓 ∗ 𝟒𝟎𝟎 ∗ 𝐥𝐧 (

𝟎. 𝟕𝟖𝟓 ) 𝟎. 𝟐 𝑭 = 𝟒𝟐𝟗. 𝟑𝟓[𝑵]

15.38 Calcule la fuerza de extrusión para una palanquilla redonda de 200 mm de diámetro, hecha de acero inoxidable y extruida a 1000 °C para un diámetro de 50 (mm). T= 1000 (°C) Do= 200 (mm)=0.2(m) Acero inoxidable (ver figura 15.5) (400 MPa) Df= 50 (mm)=0.05(m)

(3.1416)(0.1)ˆ2

F=(3.1416. . )(0.1)ˆ2 ∗ 400 ∗ ln⁡[(3.1416..)(0.025)ˆ2] F=0.03141592654*400*2.772588722 F=34.84137745 [N]

15.39 Demuestre que para un material plástico perfecto con un esfuerzo de fluencia (Y) y en condiciones sin fricción, la presión (p) en extrusión directa es

𝐹

Sabemos que presión es P= 𝐴, entonces : 𝐹 𝐴𝑜 ⁡ = ⁡𝑦 ∗ ln⁡[ ] 𝐴 𝐴𝑓 Entonces por algebra: 𝐴𝑜 F⁡ = ⁡𝐴 ∗ 𝑌 ∗ ln⁡[ ] 𝐴𝑓 Y entonces tenemos que :

Esta es la expresión para la fuerza de estirado (F) bajo condiciones ideales y sin friccion. 15.40 demuestre que para las mismas condiciones indicadas en el problema 15.29, el esfuerzo de estirado (Ợd) en el estirado del alambre es. Ợd=Y ln(A0/Af) F=Yprom Af ln(A0/Af) Como la fuerza de estirado del alambre esta en funcion al area de salida del dado (Af), el esfuerzo de estirado estará en función a la misma area. F/Af= Yprom ln(A0/Af) F/Af= Ợd Ợd= Yprom ln(A0/Af) = Y ln(A0/Af) Y=K Ɛn Podemos encontrar los valores de K y n en la tabla 2.3 Y el valor de “Y” en la tabla 2.2

15.41 Grafique las ecuaciones dadas en los problemas 15.39 y 15.40 en función del porcentaje de reducción del área de la pieza de trabajo. Describa sus observaciones. R.-como material utilizaremos aluminio ya que este se puede considerar plástico en relación con las propiedades do otros metales

Donde usaremos: Y es el esfuerzo de fluencia promedio ya que a partir de este punto el material es deformable Como área inicial nos daremos 0.10m2 Y como área final : 0.05m2 1) Variaremos el área inicial en reducción para extrusión

P P 400

284.19

240.992

192.701

200

137.953

74.751 0

0

P

0.1

0.09

0.08

0.07

0.06

0.05

-91.488 0.04

0.03 -209.38

0.02

0.01

-200 -375.679 -400 -659.869

-600 -800

A0

Primero observamos que los datos obtenidos negativos, estos se deben a que realizamos un esfuerzo de compresión innecesario En segundo lugar, observamos que la relación de reducción del área de trabajo provoca una curva esta curva nos muestra que mientras se vaya reduciendo el área de trabajo inicial se necesitara de una menor fuerza para transformar el área final ya que esta se va aproximando hasta que sean la misma y si esta área inicial llega hacer menor la presión es representada como negativa es presión sobre excedida. 2) Variaremos el área inicial en reducción para alargamiento Utilizamos los mismos datos

σf σf 1105.24

1200 1000 772.53

σf MPa

800 577.906 600

439.819 332.71

400 200 0

50.573

107.108

171.203

245.169

0 0.1

0.09

0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

Af m

Pero ya que el proceso es tracción significa que mientras mas se adelgace el alambre el esfuerzo se incrementaría después de que sobrepase el esfuerzo máximo de ruptura se puede considerar que el material llegue a quebrarse o romperse

15.42 Una operación de extrusión planeada comprende acero a 1000 °C con un diámetro inicial de 120 mm y un diámetro final de 20 mm. Existen dos prensas para la operación, una con capacidad de 20 MN y la otra con capacidad de 10 MN. ¿Es suficiente la prensa más pequeña para esta operación? Si no es así, ¿qué recomendaciones haría para permitir el uso de la prensa más pequeña?

𝑨𝒐 =

𝑨𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 =

𝝅 ∗ (𝟎. 𝟏𝟐)𝟐 = 𝟎. 𝟎𝟏𝟏⁡𝒎𝟐 𝟒 𝝅 ∗ (𝟎. 𝟎𝟐)𝟐 = 𝟑. 𝟏𝟒𝑬 − 𝟒⁡𝒎𝟐 𝟒

𝑨𝒐 𝑭 = 𝑨𝒐 ∗ 𝒌 ∗ 𝒍𝒏( ) = 𝟏𝟓. 𝟓⁡𝑴𝑵 𝑨𝒇 En este caso para acero inox no es posible utilizar una prensa pequeña ya que excede la fuerza requerida seria utilizar la prensa grande de 20 MN una posible solución seria cambiar el material o aumentar la temperatura de trabajo asi bajaría k 15.43 Un alambrón hecho de un material perfectamente plástico con un esfuerzo de fluencia de 30,000 psi se está estirando de un diámetro de 0.1 a 0.07 pulgada en un dado de estirado de 15°. Considérese que el coeficiente de fricción es 0.1. Utilizando las ecuaciones 15.3 y 15.4, estime la fuerza de estirado requerida. Comente las diferencias en su respuesta. 𝝅 ∗ (𝟎. 𝟏)𝟐 = 𝟕. 𝟖𝟓𝑬 − 𝟑⁡𝒑𝒖𝒍𝒈𝟐 𝟒 𝝅 𝑨𝒇 = ∗ (𝟎. 𝟎𝟕)𝟐 = 𝟑. 𝟖𝟒𝑬 − 𝟑⁡𝒑𝒖𝒍𝒈𝟐 𝟒 𝑨𝒐 =

𝑭 = 𝟖𝟐. 𝟑𝟕𝒍𝒃𝒇 15.44 Utilice el problema 15.43, pero para acero inoxidable 304 (ver la tabla 2.3). R.- solo cambiara el material a inoxidable Esfuerzo real del acero se obtendrá de la siguiente tabla

𝜎 = 12750.1 𝜎 = 2.044𝑀𝑝𝑎 𝜎 = ⁡ 𝑌𝑝𝑟𝑜 𝐴𝑜 =

𝜋 ∗ (0.1)2 = 7.85𝐸 − 3⁡𝑝𝑢𝑙𝑔2 4 𝐴𝑜 = 5.01−6 ⁡𝑚2

𝐴𝑓 =

𝜋 ∗ (0.07)2 = 3.84𝐸 − 3⁡𝑝𝑢𝑙𝑔2 4

𝐹 = ⁡2.044 ∗ 5.01−6 ⁡ ∗ 7.85 ∗ ln⁡( ) 3.84

𝐹 = 92𝑃𝑎 15.45 Suponga que es un instructor que cubre los temas descritos en este capítulo y está haciendo un examen sobre los diversos aspectos para poner a prueba los conocimientos de los estudiantes. Elabore dos problemas cuantitativos y proporcione las respuestas. R.- 1¿Varía la fuerza en la extrusión directa conforme la palanquilla se vuelve más corta? Si es así, ¿porqué? el procesos de extrusión requiere variables como la propiedad del material la sección transversal y la deformación. Como nos dice si varia la fuerza en función de la longitud, eso no es cierto porque no esta entre las variables del proceso de extrusión. 2¿Cuál es el propósito de un revestimiento de contenedor en la extrusión directa? (Ver fig. 15.1). El revestimiento limita la longitud del contenedor, Debido a que el material a extruir siempre se deforma en el extremo de la boquilla del contenedor, no solo se produce una carga térmica más alta aquí, sino que también el desgaste es más extenso en este punto, lo que conduce a una situación de carga alta, el revestimiento de fosfato es el mas utilizado en cuanto a lubricación se refiere, ya que aminora la friccion creada entre la cámara y el metal a extruir. 15.49 En la figura 15.2 se muestran ejemplos de partes discretas que pueden producirse cortando extrudidos como piezas individuales. Nombre otros productos que se pueden fabricar de manera similar. R.- seguros de esquina

Tuercas T

15.51 Un juguete popular para niños es una prensa de extrusión en miniatura que utiliza una pasta o masa blanda para producir diversas formas. Consiga dicho juguete y demuestre los defectos superficiales que se pueden desarrollar. R.-

1) Para esta prueba utilizamos la plastilina fría vimos que tuvo una fisuras medias esto se debió a que se utilizo una excesiva fuerza sobre estrezando al material

2) Para esta prueba calentamos la plastilina en microondas hasta que tenga una consistencia chiclosa para simular un material sobre calentado vimos que la extrusión fue defectuosa por que la fricción se incremento al sobrecalentar el material

3) para esta prueba calentamos el material pero a diferencia este se encontraba a una temperatura mas baja lo que nos dio un resultado mas favorable ya que no se necesito de un esfuerzo elevado y el material no se encontraba tan viscoso

15.53 se indico que en el estirado de múltiple, los alambres producidos tenían una sección transversal poligonal mas que redonda. Produzca algunas piezas delgadas de arcilla redonda o consiga espagueti

cocido, sujételas todas juntas y comprímalas radialmente sobre un soporte adecuado, de manera similar a apretarse el cinturón. Comente las formas producidas. El experimento no mostro los resultados esperados debido a que los espaguetis se rompieron antes de poder ser deformado.