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LECTURA SEMANA 2  

SEMANA 2

                         

Cálculos de procesos por deformación volumétrica            

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TITULO: Cálculos de procesos por deformación volumétrica Información general Estos procesos permiten conformar materiales aplicando fuerzas de distintas formas, pudiendo la conformación ser en volumen (forja, laminación, extrusión, trefilación), o de planchas (doblado, embutido, repujado, etc.). En todos estos procesos, el material es sometido a uno o más de los modos básicos de deformación: tracción, compresión y cizalle. Temperatura de recristalización alrededor de 500 a 700 °C, aunque la mayoría de los trabajos en caliente del acero se hacen a temperaturas considerablemente arriba de este rango. INSTRUCCIONES Tomaremos como referencia la videodiapositiva 2c, en la que encontramos los conceptos básicos de los procesos de deformación volumétrica. Estructura de la cartilla La cartilla tiene como fin, comprender los procedimientos para realizar los cálculos relacionados con los procesos de deformación volumétrica. Para su comprensión, la cartilla se encuentra estructurada de la siguiente forma: Información general. En esta parte encontrará una breve introducción a la temática contemplada en la cartilla. Términos relacionados. Aquí se definen las variables involucradas en el cálculo de los procesos de deformación volumétrica. Cálculos. En esta parte encontrará un caso de cálculo, resuelto paso a paso, con el fin de comprender el procedimiento a seguir. Ejercicios para practicar. Se plantean ejercicios similares, para que el estudiante practique por su cuenta. 1. TÉMINOS RELACIONADOS

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  DRAFT: Diferencia entre el espesor inicial del material y el espesor final del material, se designa con la letra d. ESPESOR DEL MATERIAL: Corresponde a los valores de la placa a laminar antes y después del proceso y se determina espesor inicial y espesor final como t0 y Tf, respectivamente. La unidad de medida, son los milímetros. Sin embargo, no necesariamente, la máquina nos permitirá la reducción requerida, por tanto, es importante determinar, antes de todo cálculo, el valor del espesor de reducción posible, a este valor se le conoce como el dráft máximo y se determina como el producto del radio del rodillo R y el coeficiente de fricción del material , este último, elevado al cuadrado !!"# = ! ∗ !! y su unidad es en milímetros. COEFICIENTE DE FLUENCIA PROMEDIO: que corresponde al valor en Pa, requeridos para que el material se deforme con una fuerza constante, se designa con !!   y corresponde a la relación, entre el producto del coeficiente de resistencia del material K y el coeficiente real de deformación , este último elevado al coeficiente de endurecimiento por deformación del material n, y el valor de 1 más el coeficiente de fluencia promedio n !! =

!∗! ! !!!

sus dimensiones están dadas en Pascales.

LA DEFORMACIÓN REAL: el valor de la deformación real se obtiene, como el logaritmo natural de la relación del espesor inicial con el ! espesor final ! = !" !! !

La fuerza requerida para el trabajo se determina como el producto entre el coeficiente de fluencia promedio!! por el ancho del material w y la longitud de contacto, del arco, del rodillo con el material L y está dada en Newton ! = !! ∗ ! ∗ ! La potencia que debe tener la máquina para ejecutar el trabajo se determina como el producto de N = velocidad de rotación (rev/min)* F = fuerza de laminado (N)* L = longitud de contacto (m)*2 la potencia se mide en Watts W o en caballos de fuerza HP ! = 2! ∗ ! ∗ ! ∗ ! El momento de torsión que experimenta el rodillo frente al trabajo, se determina por la mitad de la fuerza aplicada F, por la longitud del arco L ! = 0.5! ∗ ! 2. CÁLCULOS Supongamos el siguiente caso: Se desea reducir el espesor de una placa de acero de 40mm a 20mm, la placa tiene un ancho de 700mm y es de acero SAE 1020con

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  coeficiente de resistencia del material de 320MPa, un coeficiente de endurecimiento por deformación de 0.12 y un coeficiente de fricción para el trabajo de 0.2 . Si el proceso se elabora por laminado, en una laminadora que tiene rodillos de 400mm de diámetro y giran a razón de 0.5m/s a. Cuál es el valor de la fuerza para el trabajo b. Cuál es el valor de la potencia requerida para el trabajo c. Cuál es el torque de los rodillos para el proceso. Antes de iniciar los cálculos solicitados, se requiere determinar cuál es el espesor máximo permitido para la reducción dmax dmax =R*

2=8mm

Paso 1. Definimos los términos conocidos T0=40mm Tf=20mm Draft= 40-20=20mm K=320MPa =0.2 n=0.12 N=0.5m/s R=200mm W=700mm Paso 2. Se determinan los valores que se requieren conocer para el proceso a. F=? b. P=? c. T=? Paso 3. Para calcular el coeficiente de fluencia promedio, se requiere calcular la deformación real, se debe tener en cuenta que aunque la reducción total es de20mm, la máquina solo permite realizar una reducción máxima por pada de 8mm, por tanto, ese será el valor a tener en cuenta para el proceso ! = !"

!! 40 40 → ! = !" = !" = 0.22 !! 40 − 8 32

Paso 4. Se calcula el coeficiente de fluencia promedio.

4  

 

 

!! =

! ∗ !! 320!"# ∗ 0.22!.!" → !! = = 238.244!"# 1+! 1 + 0.12

Paso 5. Se calcula la longitud del arco de contacto entre material y rodillo. !=

! !! − !! → ! = 200 ∗ 8 = 40!!

Paso 6. Se calcula la fuerza requerida para el trabajo ! = !! ∗ ! ∗ ! → ! = 238.244!"# ∗ 0.7! ∗ 0.04! = 6.67!" Paso 7. Se calcula el torque que sufre el rodillo para vencer la inercia. ! = 0.5! ∗ ! → ! = 0.5 ∗ 6.67!" ∗ 0.04! = 0.1334! − ! Paso 8. Se calcula la potencia requerida para el trabajo. ! = 2! ∗ ! ∗ ! ∗ ! → ! = 2! ∗

0.5! ∗ 6.67!" ∗ 0.04! = 0.837!" !

Ejercicios para practicar. 1. Se desea realizar un proceso de reducción del 60% sobre una plancha de acero SAE 1040 con espesor inicial de 200mm y un ancho de 1.000mm. Si la reducción se realiza por el proceso de laminado, en un molino con rodillos de 1500mm de diámetro; los rodillos giran a 1.5m/s; la fricción de trabajo es de 0.25; para trabajo en frio, el coeficiente de resistencia es de 620MPa y el coeficiente de endurecimiento por deformación es de 0.18. a. ¿Cuál es el porcentaje máximo que es posible para la reducción? b. De acuerdo con ese porcentaje ¿cuál es la potencia de los rodillos? y c. ¿Qué fuerza se requiere para realizar el proceso? 2. Una plancha de acero con ancho de 600mm. Se debe reducir en un 20% en un tren de laminado que tiene las siguientes características: diámetro de los rodillos 100mm y giran a 0.4m/s; el material tiene un coeficiente de resistencia de 2470Pa, coeficiente de fricción en trabajo de 0.6 y coeficiente de endurecimiento por deformación de 0,12 a. ¿Cuál es la potencia requerida para el trabajo? b. ¿Cuál es el valor del torque que ejerce el rodillo?  

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