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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA -

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Facultad de ingeniería mecánica

Curso:

Procesos de manufactura ii Tema:

DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Profesora:

Ing. Leonor ZEGARRA R.

Integrantes:  ALDERETE INGARUCA, Luis.  ESPINOZA VELASQUEZ, Marco  MONICO CHAUCA, Erick.

PROCESOS DE MANUFACTURA II

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2010-II TREFILADO

1.

La disminución de sección en cada paso es del orden de un 20%

a un 25% lo que da un aumento de resistencia entre 10 y 15 kg/mm2. Angulo de reducción es de 2α=15.36

2.

Obtener el diámetro promedio de trabajo en cada proceso de

trefilado

Siendo: Diámetro antes del trefilado : Diámetro después del trefilado Entonces:

3.

Obtener la longitud de contacto de trabajo con el dado. Para hallar la longitud de contacto nos vamos a la formula: Con la información dada calculamos:

Obtener la curva esfuerzo – deformación real a partir de la curva carga – alargamiento del cobre recocido, usando las siguientes expresiones:

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En un punto de la curva:

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de coordenadas genéricas

se

tiene:

, Que viene a ser las coordenadas del punto correspondiente en la curva

real.

La obtención de los puntos Se determinan las escalas de las fuerzas y de los alargamientos

y

respectivamente del grafico que traza la máquina de ensayo de tracción tal

como

se

muestra a

continuación:

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Grafico obtenido de la maquina Escala de las cargas:

Escala de los alargamientos:

El punto de rotura se halla por:

Teniendo las escalas determinadas podrá ser determinado cada punto de la curva:

Calcular la deformación efectiva de cada trefilado mediante: Donde i: 1, 2,3 Ubicar las deformaciones respectivas de la curva

real del cobre

recocido y se determinará los esfuerzos medios de fluencia para cada trefilado

, trazando paralelos al tramo elástico partiendo de los

puntos medios de las deformaciones efectivas tal como se muestra en

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la

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fig.

Para cada pasada calcular “

” mediante: Donde

Para cada pasada calcular “

Donde:

” mediante:

F: fuerza de trefilado Dfin: diámetro a la salida de la hilera

Para cada pasada calcular “ ” mediante:

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4.

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Datos tomados en el laboratorio

Tracción sin trefilar: Cobre recocido: D0=3.4 mm Carga máxima = Carga rotura =

Trefilado Lubrican α(º)

te

1ra hilera 2da

56

3.4

3.3

25.822

Grasa

hilera 3ra

120

3.3

3

15.5996

Grasa

hilera

96.5

3

2.7

30.4503

Grasa

Escala de Cargas: , El valor de

se calcula del grafico que nos da la maquina en el

laboratorio:

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Escala de alargamiento:

Cálculo de Sabemos que:

Con este valor de la ordenada del punto de rotura, podemos calcular en el gráfico que nos da la maquina, el punto de rotura y así podremos conocer la abscisa

5.

Cálculo de los puntos que nos permitirá graficar la curva

real.

Para distintos valores de

tendremos valores de las cargas y sus

respectivas deformaciones.

Punto 1

2

27

132.07

0.22

2

7

35

171.20

0.77

3

20

42

205.43

2.19

4

34

45

220.11

3.73

5

44

46

225.00

4.82

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Con los valores valores

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para diferentes puntos podemos calcular los

mediante las siguientes relaciones: ,

Se muestra un cuadro con los valores obtenidos: Punto 1 2 3 4 5

132.07 171.20 205.43 220.11 225.00

0.22 0.77 2.19 3.73 4.82

14.67 19.43 24.58 27.80 29.49

0.0086 0.0298 0.0828 0.1369 0.1739

Con estos 5 puntos podemos realizar el grafico de Cálculo de la deformación efectiva en cada trefilado:

6.

Cálculo del trabajo redundante

Cálculo de

A continuación se presenta un cuadro donde se los valores de

,

para cada pasada o hilera.

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1ra hiler

3.4

3.3

56

25.822

0.06

6.87

6.55

3.3

3

120

15.5996

0.19

2.02

16.98

3

2.7

96.5

30.4503

0.21

3.04

16.85

a 2da hiler a 3ra hiler a

7.

Cálculo del coeficiente de fricción “f”

Para calcular el coeficiente de fricción se calcula primero el valor de .

Para hallar los valores de

(para cada pasada) partiremos de la

siguiente relación:

Donde: : Se conocen Se calcula del grafico Los valores de

(Tres valores)

serán los siguientes:

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Cálculo de los valores de Usando las formulas ya conocidas se presenta un cuadro donde se dan los valores de

1ra hilera 2da hilera 3ra hilera

21 28.3 31.4

-0.245 0.658 -0.178

-0.119 0.184 -0.105

Observaciones El mayor coeficiente de fricción se produce en la hilera 2. Los esfuerzos de fluencia van aumentando conforme diámetro de las hileras, esto debido a que el cable al reducir su diámetro aumenta su dureza. Los diámetros obtenidos en el alambre después de cada trefilado no son uniformes. Conclusión El coeficiente de fricción en la hilera 2 es mayor que el de la hilera 1 y 3 Recomendaciones La fricción que existe entre la hilera y el alambre no solo depende del material sino también de la velocidad con que se ejecuta el trefilado, por lo que la velocidad debe ser lo más uniforme posible para los 3 casos. Las medidas tomadas a los alambres como el diámetro y las longitudes deben promediarse para hacer los cálculos.

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LAMINADO El proceso de laminado consiste en deformar un material pasándolo entre dos cilindros o rodillos alterando el espesor del material. Objetivo Determinar las diferentes deformaciones del material así como la variación de dureza, determinar las cargas de laminación y la potencia requerida. Materiales y equipo a utilizar  Platinas o perfiles de diferentes materiales  Rayador  Regla  Vernier  Durómetro  Equipo de tracción Procedimiento (para cada material)  Se procede a tomar la dureza inicial de los diferentes materiales  Se toma las medidas del material a utilizar  Se procede a laminar y cada 20% de reducción se mide la deformación y se corta una de probeta de 1 cm. para medir la dureza Para 214  Se corta otra probeta de 65mm para el ensayo de tracción  Se corta otra probeta de 10mm para metalografía Se repite el procedimiento anterior hasta llegar al espesor mínimo Datos a tomar  Dureza Inicial  Medidas iniciales  Medidas cada 20% de reducción de espesor  Radio de los rodillos  Velocidad de rotación de los rodillos  Potencia del motor PROCESOS DE MANUFACTURA II

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 Velocidad de salida del material  Dureza del material después de cada proceso de laminado Ensayo de tracción       

Área de la sección Inicial Ao Área de la sección final A1 Longitud inicial entre las marcas Lo Longitud final entre las marcasLf Carga máxima en el ensayo Pt Carga de rotura en el ensayo Pu Curva respectiva

Formula a utilizar De acuerdo al material determina la ecuación El draf (reducción de espesor) Está dado por: d = to – t f to = espesor inicial tf =espesor final r = reducción = d/to La reducción de espesor máxima dmax = Rμ² R = radio del rodillo. μ= para trabajos en frío entre 0.1 a 0.2). Conservación de Volumen Vo = V f A0 t0 = Aftf Longitud de contacto en el laminado.

Lp 

 R  h 

h  to  t Lc  R

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σ = X εn

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Deformación real.  to    tf 

  ln 

Velocidad radial de los rodillos vr= R ω 1 revolución = 2 π radianes v r = R N (2 π) radianes/ revolución v r = π DN Fuerza del rodillo. Dónde:

Yf: Esfuerzo de fluencia promedio

W: Ancho de la lamina Lp: Longitud de contacto F: Fuerza de laminado Además: k . n Yf = 1  n



: Deformación real

K: coeficiente de resistencia del material n: Exponente de endurecimiento Potencia utilizada P = 2  N .F.Lp Donde P: Potencia del laminado N: Velocidad de rotación F: Fuerza de laminado Lc: Longitud de contacto

Antes del laminado

1

Medidas Tomadas Espesor (to mm) Longitud (L mm) Ancho (b mm), cte t1 Li Lf HRK t2

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Cu 3 120.25 39.3 2 120.25 160 67 1

Al 3 120 38 2 120 155 97 1

Pb -St 3 152.1 9.1 2 152.1 200 55 1

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2

Li Lf HRK t3 Li Lf HRK

3

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100 162 84 0.1 102 321 74

90 164 91 0.1 104 314 75.4

140 234 56 0.1 174 731 …

A)

CUESTIONARIO 1. Determine la reducción de espesor máxima (draf). Utilizamos la siguiente fórmula: R=50mm Para trabajos en frio entre 0.1 a 0.2, tomamos 0.1 dmax = Rμ² dmax = 50*(0.1)² dmax =0.5 2. Determine la longitud de contacto en el laminado. R=50mm, Para la primera pasada:

Para la segunda pasada:

Para la segunda pasada:

3. Determine la deformación real. En los diferentes materiales # Deformación real 1

Br

Al

Pb -St

0.4

0.37

0.4

0.693

0.693

0.693

2

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3

4. Determine la fuerza del rodillo. En los diferentes materiales Fuerza del rodillo. La fuerza del rodillo está dado por: Dónde: Yf: Esfuerzo de fluencia promedio W: Ancho de la lámina Lp: Longitud de contacto Además: Yf 

k e 1 n

Dónde: є=Deformación Real K: Coeficiente de resistencia del material (9000 N/cm2.) n: Exponente de Endurecimiento (aluminio = 0.21) Luego: Inicia Fina l (to) l (tf)

Longitud de Deformació Contacto n Real ( ) (Lc mm) 6.7 0.37 7.07 0.693 6.708

Esfuerzo de Fluencia Yf (KN/cm2) 6.036 6.886 8.859

Fuerza Aplicada F (KN) 15.36 18.5 22.58

5. Determine la distribución de presiones sobre el cilindro

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6. Determine la posición teórica del punto deslizamiento en los diferentes materiales.

de

no

Utilizamos: Para el punto de no deslizamiento: Por lo tanto el punto de no deslizamiento estaría ubicado en un punto tangente al rodillo, debido a que la velocidad el rodillo y la velocidad de salida deben ser iguales.

7. Determine material.

la

carga

de

laminación

teórica

para

cada

La carga de laminación es igual a la fuerza aplicada por el rodillo.

8. Determine la potencia teórica para realizar el proceso para cada material. De la siguiente fórmula:

Inicial (to)

Final (tf)

Longitud de Contacto (Lc mm)

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Fuerza Aplicada F (KN)

RPM N

Poten cia (KWat ts)

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6.7 7.07 6.708

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15.36 18.5 22.58

0.533 0.533 0.533

0.3446 0.438 0.507

9. Determine la potencia utilizada .para cada material.

Longitud de Contacto (Lc mm) 7.07 6.708

Esfuerzo de Fluencia Yf (N/mm2) 226.175 21.12 43,24

Longitud de Contacto (Lc mm)

Fuerza Aplicada F (KN)

6.7 7.07 6.708

62.84 5.67 2.63

Fuerza Aplicada F (KN) 62.84 5.67 2.63

RPM N

Poten cia (KWat ts)

0.533 0.533 0.533

1.409 0.134 0.059

10. Indique como influye el material para determinar la fuerza y la potencia de laminación. El material tiene mucha influencia en el cálculo de la fuerza y la potencia; la potencia depende la fuerza y esta está en función del esfuerzo de fluencia promedio del material; en el laboratorio utilizamos la misma máquina para los diferentes materiales, y obtuvimos fuerzas y potencias diferentes 11. Indica que factores contribuyen a la extensión en el laminado plano.

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 La fricción entre el material a laminar y los rodillos, debido a que esta se encarga de frenar el paso del material, permitiéndole un buen agarre al material sin resbalamiento.  La fuerza de compresión de cada uno de los rodillos sobre la plancha a laminar.  Le velocidad de rotación de los rodillos, ya que si la velocidad es demasiado rápido, los materiales recibirán un aplastamiento rápido que podría interpretarse solo como un golpe entre las 2 caras que luego podrían volver a recuperar una parte de su deformación.  La separación entre los rodillos si queremos más extensión en el laminado, la separación debe ser relativamente corta y debemos respetar la formula de la máxima reducción que están en función del radio de los rodillos y el coeficiente “u” para trabajos en frio en cada material. También es importante tener en cuenta las longitudes finales a la cual queremos llegar, ya que se podrán determinar el número de pasadas que podremos hacer en aproximación.  La posición longitudinal de material a laminar debe ser perpendicular al eje del rodillo y de forma horizontal. 12. Explique los tipos de deflexión que sufren los rodillos en los diferentes materiales.  Para materiales duros los rodillos sufren una muy pequeña deflexión del tipo elástica, es decir una flecha respecto al eje longitudinal del rodillos, para que este efecto sea casi nulo se necesita rodillos de mayor diámetro, pero debemos tener en cuenta el aumento de potencia en el motor, los cual me genera más costos.  También sufren esfuerzos cortantes en las paredes de los 2 rodillos que dependen del área de contacto, y estos a su vez ejerciendo fuerzas cortantes a las chumaceras que sujetan el eje de los rodillos, de esta manera desgastando las paredes cilíndricas del rodillo  Debemos tener en cuenta la posición en la cual se introduzca el material a laminar, ya que si introducimos justo en el medio simétrico entre las chumaceras ocurrirá una deflexión en el medio del eje del rodillo; pero si introducimos en un lado del rodillos asimétricamente, las cargar en este lado serán mayores y la deflexión será por esta zona donde se introdujo el material, causando un desgaste irregular en el rodillo, también un momento respecto la chumacera más alejada del material.

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Flexionado

13. Indique si superficiales)

existen

defectos

(

estructurales

y

Existen defectos de línea, dislocaciones sobre los planos de deslizamiento, estas dislocaciones se eliminan con un tratamiento térmico.

14. De qué manera afecta la aplicación de las tensiones a la práctica del laminado plano. Es esencial en los procesos de deformación de metales que la herramienta esté cargada sólo en forma elástica mientras la pieza de trabajo fluye plásticamente. Esta deformación elástica es, por lo general, tan pequeña que puede ignorarse, pero éste no es el caso en el laminado. Existen dos razones. Una es que las cargas y esfuerzos de laminado pueden ser muy grandes, especialmente cuando la pieza de trabajo es delgada y endurecida por trabajo. La otra es que la herramienta en el laminado comprime todo el molino rodillo y carcasa que tiene dimensiones medibles en metros. Esta combinación puede resultar en grandes deformaciones debidas a la deformación elástica dividida entre la extensión del bastidor del molino (resorteo del molino), y el aplastamiento y flexionamiento de los rodillos.

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15. Indique Ud. como influye la laminación en frío, en la inducción de endurecimiento. En los diferentes materiales. El laminado en frío por lo general se realiza a temperatura ambiente, dando como resultado un gran incremento en la resistencia de fluencia, acrecienta la dureza, y disminuya la ductilidad 16. Indique Ud. como varia la estructura molecular durante el laminado. Cuando un metal es fuertemente trabajado en frio, mucha energía de la deformación utilizada en la deformación plástica es almacenada en el metal en forma de dislocaciones y otras imperfecciones como defectos puntuales. Por ellos un metal endurecido mediante deformación tiene una energía interna mayor que un metal no deformado.

17. Indique usted cómo influye la laminación en las curvas de esfuerzo deformación de los diferentes materiales La laminación influye dando como resultado un gran incremento en la resistencia de fluencia, aumenta la dureza, y disminuye la ductilidad. 18. Indique usted de acuerdo a las curvas obtenidas hubiera sido necesario algún tratamiento térmico intermedio para cada material Se puede hacer un tratamiento térmico de recocido si es que queremos eliminar las tensiones internas formados por el trabajo en laminado, es decir se aniquilan las dislocaciones o se transforman en configuraciones de menor energía por el proceso de recuperación. Durante la recuperación, la resistencia de un metal trabajado en frio se reduce ligeramente, pero se aumenta significativamente su ductilidad.

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19. Indique usted de los materiales utilizados cual es el más dúctil o maleable El material más dúctil o maleable es la aleación: plomo-estaño 20. Indique usted el comportamiento de cada material hecho en clase durante el laminado  Respecto al Cu: a medida que hacíamos pasar la plancha de Cu por los rodillos solíamos ver muy poca reducción de su espesor, así como también muy poco estiramiento en su longitud, lo cual hiso incrementar el número de pasadas (mas que los demás metales) en los rodillos reduciendo la separación de estos, para lograr la reducción y estiramiento deseado. Trayendo consigo el incremento de potencia consumida (más que en los demás metales).  Respecto al Al: a medida que hacíamos pasar la plancha de Al por los rodillos solíamos ver una considerable aunque poca reducción de su espesor, así como también poco estiramiento en su longitud a comparación del Cu; lo cual hiso incrementar el número de pasadas de forma considerable en los rodillos reduciendo la separación controlada de estos, para lograr la reducción y estiramiento deseado. Trayendo consigo un incremento controlado de potencia consumida.  Respecto a la aleación Pb-St: a medida que hacíamos pasar la plancha de Pb-St por los rodillos solíamos ver una rápida reducción de su espesor, así como también un estiramiento rápido en su longitud a comparación del Cu y Al; en lo cual se hicieron pocas pasadas en los rodillos reduciendo la separación controlada de estos, en la cual logramos la reducción y estiramiento deseado de forma rápida. Trayendo consigo un consumo de potencia mínima

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EMBUTIDO 1. Indique Ud. Cuál es la relación de embutido del proyecto hecho en clase. La relación de embutido está dada por: Donde:

Dd: Diámetro del disco. DP: Diámetro del punzón.

Reemplazando en la fórmula: La relación de embutido debe ser menor o igual a 2( dentro del margen.

), por lo tato la relación está

2. Indique Ud. La relación de grosor en el cenicero. La relación de grosor del cenicero está dado por: Donde:

t0: Espesor inicial.

Reemplazando en la fórmula: La relación de grosor debe ser mayor o igual a 0.01(

), por lo tanto la relación

está dentro del margen. 3. Haga el diagrama de los esfuerzos de deformación en los sectores del cenicero.

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4. Determine los grados de alargamiento, ensanchamiento y recalcado en su proyecto. (Según el material y lubricante utilizado)

5. Calcular la anisotropía plástica e indicar que es importante para determinar la capacidad de un material para embutido profundo El embutido profundo depende del valor de anisotropía normal R de los metales laminados que también se llama anisotropía plástica donde:

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6. Determinar la relación limite de embutido. La reducción está dado por:

Reemplazando valores tenemos: El valor de por lo tanto el valor para un procesos de embutido.

obtenido esta dentro de los valores adecuados

7. Indique Ud. La influencia de los diferentes lubricantes usados en clase en las propiedades del cenicero (dureza, ensanchamiento, alargamiento y recalcado), para cada material

8. Explique Ud. la diferencia de fuerzas utilizadas en el embutido en los diferentes materiales y lubricantes (justifique técnicamente). Según los datos obtenidos podemos observar que se utiliza menor fuerza para el aceite con grafito y mayor fuerza para la gasolina, esto se debe a que los diferentes lubricantes producen que las fuerzas de fricción sean diferentes. 9. Calcule la fuerza de embutido necesaria para su proyecto (teórica). Y compare con la obtenida en clase (si son diferentes indique la razón)

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Fuerza necesaria para la embutición o conformación: Donde:

: Diámetro del disco. : Diámetro del punzón. : Diámetro del punzón. : Diámetro del punzón.

10. Haga una análisis de la dureza con relación a los diferentes lubricantes utilizados en clase (justifique técnicamente) para cada material

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