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• Miguel Guillermo Zelaya Damian

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERA MECANICA

LABORATORIO DE PROCESOS DE MANUFACTURA - MC216 DEFORMACION PLASTICA

Equipo de Trabajo: Zelaya Damián Miguel Guillermo

20110145H

Zúñiga Ramos Cristian Ricardo

20110050G

Sánchez Pérez Delmer Alexander

20112045K

Sección:

B

Profesor: Ing. Alejandro Salazar LIMA – PERU [2014 – 1]

INTRODUCCION Los Procesos de Conformación por Deformación Plástica se encargan de la obtención de componentes mecánicos que aprovechan el comportamiento plástico de los materiales, es decir, la posibilidad de cambiar la forma o dimensiones del material mediante la aplicación de unos esfuerzos exteriores suficientemente grandes. Los procesos de conformado por deformación plástica tienen unos orígenes remotos, y han mantenido a lo largo de la historia un importante papel en el conjunto de la fabricación. De hecho, un gran porcentaje de los componentes que se fabrican han sufrido en un momento dado del proceso alguna operación de conformado por deformación. En la metalurgia mecánica que es la rama de la metalurgia que se ocupa principalmente de la respuesta de los metales frente a las fuerzas o cargas. Las fuerzas pueden resultar del empleo del material como miembro o pieza de una estructura o máquina, en cuyo caso es necesario saber algo respecto a los valores limites que aquel puede resistir sin fallar. Por otro lado, es necesario a veces transformar un lingote colado en una forma más útil, tal como una plancha plana, y entonces es preciso conocer las condiciones de temperatura y velocidad de carga para las que son mínimas las fuerzas que se necesitan para realizar tal trabajo de transformación. Los procesos de deformación de metales aprovechan las propiedades de flujo plástico del material a medida que es deformado para producir la forma deseada. Para estos procesos comenzamos con el material fundido en forma de lingotes o barras. Estos procesos se dividen en dos grupos:  

deformación a metales con dimensiones similares ("bulk deformation") deformación a metales en forma laminar.

Para el diseño de productos que serán procesados mediante deformación, debemos tomar en consideración lo siguiente:     

Modelos de curvas de esfuerzo vs. deformación Efecto de endurecimiento por deformación ("strain hardening") Criterios de deformación Propiedades del material Temperaturas de operación

La deformación puede ocurrir a diferentes temperaturas:    

al frío al caliente isotérmica tibio

Los procesos que estudiamos en la clase son los siguientes:   

Deformación mediante rodillos Forjadura Extrusión y estirado

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FUNDAMENTO TEÓRICO

La deformación plástica de los materiales es la deformación permanente de los mismos como consecuencia de la aplicación de una tensión externa. A temperatura ambiente, son dos los mecanismos responsables de esta deformación plástica de cristales: deslizamiento y maclado. Cada uno tiene características particulares, que se pueden apreciar mediante la observación en el microscopio óptico de la superficie pulida de una muestra. La activación de uno de estos mecanismos o de ambos y el orden en que se activen depende de la estructura cristalina del material.

EMBUTIDO El embutido es un proceso de deformación plástica de tal manera que las series de átomos de cristales se desplazan al sobrepasar determinada tensión límite, sin romper la cohesión interna Para obtener buenos resultados en el proceso de embutido se debe tener en cuenta que  El espesor de la chapa debe ser uniforme  Las características del material deben ser uniformes  Se obtendrán mejores resultados cuanto mas maleable sea el metal o la aleación  Utilizar el lubricante apropiado Objetivo.- El objetivo de este laboratorio es verificar la fuerza necesaria para realizar el embutido con respecto a la obtenida teóricamente, y el coeficiente de fricción variando el lubricante, así como la deformaciones en los diferentes sectores, y la variación de dureza en función de la variación indicada Teniendo un mismo lubricante como varían los valores anteriores en función del material Material y equipo 

Placas de fierro y acero inoxidable



Lubricantes distintos

 Matriz  Punzón  Prensa  Rayador

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 Lija  Escuadra  Equipo de Tracción  Durómetro

Procedimiento  Se toma la dureza del material a embutir  Se realiza el ensayo de tracción del material a embutir  Se procede el lijado  Se cuadricula por uno de los lados  Se realiza el proceso de embutido

a) Embutido de una pieza acopada: 1) inicio de la operación antes de que el punzón toque el trabajo y 2) cerca del fin de la carrera; y b) piezas de trabajo correspondientes: 1) forma inicial y 2) pieza embutida. Los símbolos indican: c = espacio, Db = diámetro de la forma inicial, Dp = diámetro del punzón, Rd = radio de la esquina del troquel, Rp = radio de la esquina del punzón, F = fuerza de embutido, fh = fuerza de sujeción.

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Datos a Tomar Para el material  Dureza inicial  Carga máxima en el ensayo de tracción  Carga de rotura en el ensayo de tracción  % de elongación en el ensayo de tracción  Diámetro inicial Para el producto  Espesor inicial del disco  Diámetros del punzón  Diámetro y profundidad de la matriz  Tipo de material  Tipo de lubricante  Medidas del diferencial iniciales  Fuerza de embutido real  Medidas de los diferenciales por sector después del embutido  Dureza en los diferentes sectores después del embutido Formula a utilizar

La relación de embutido está dada por dr= Dd / Dp

Donde:

Dd : diámetro del disco Dp : diámetro del punzón

La relación de grosor en el cenicero es la siguiente: Rg = to / Dd Dónde: to: espesor inicial Reduccion (r): r = (Dd – Dp) / Dd Para determinar si es adecuado un proceso de embutido tiene que cumplir con ciertos limites tales como dr < 2 r < 0.5 Rg > 1%

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Teniendo en cuenta que durante el conformado el volumen permanece constante Vinicial = Vfinal X0Y0 E0 = X1 Y1 E1 Grado de Ensanchamiento = Ln(X1 / X0 ) Grado de alargamiento

= Ln (Y1 / Y0)

Grado de recalcado

= Ln (E1 / E0 )

La presión será más baja cuando fluye más fácilmente el material

El material fluye en dirección a la a la mínima resistencia de fluencia, principalmente hacia las superficies de limitación libres de la pieza El rozamiento debe contribuir a dirigir el flujo del material así como el desgaste de las herramientas y el consumo de energía µ = Tg ρ Algunos valores que se usan son Superficies pulidas o esmeriladas µ = 0.5

Tg ρ = 20 52`

Superficies lisas con lubricantes

Tg ρ = 50 37

µ = 0.10

Superficies toscas y secas

µ = 0.25

Fuerza necesaria para la embutición

Tg ρ =140

F (fuerza para la conformación)

La fluencia del material comienza cuando la diferencia de las tensiones principales alcanza la resistencia a la deformación σmax

-

σmin = σ1

-

σ3 = Rf

F = r. e . dr. σr r : radio del punzón e: espesor de la plancha σr : carga de rotura del material dr : relación de embutido, (coeficiente de función)

El embutido profundo depende del valor de la anisotropía normal R de los metales laminados que también se llama anisotropía plástica donde

R = Deformación del ancho/ Deformación del espesor tensión

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(determinado con la probeta de

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

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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 marcas Lf  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) Esta dado por: d = to – t f to = tf

=

espesor inicial espesor final

r = reducción = d/to

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σ = X εn

La reduccion de espesor máxima dmax = Rμ² R = radio del rodillo. μ= para trabajos en frío entre 0.1 a 0.2). Conservación de Volumen Vo = Vf A0 t0 = Af tf Longitud de contacto en el laminado.

R  h 

Lp 

h  to  t Lc  R Deformación real.

 to 

  ln    tf  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.

F  Yf  w  L c Laboratorio de Procesos de Manufactura

Donde: Yf: Esfuerzo de fluencia promedio W : Ancho de la lamina Lc : Longitud de contacto F: Fuerza de laminado Además:

Yf =

k . n 1 n

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

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TREFILADO El trefilado es una operación de trabajo en frío, destina a reducir la sección, calibrar sección y endurecer el material por medio de un cono o dado duro (hilera). A nivel industrial el trefilado permite obtener alambres y barras de mediano y pequeño tamaño, así como tubos (estirado). El siguiente esquema muestra básicamente una operación de trefilado

Objetivo  Demostrar la deformabilidad de los metales y aleaciones a la trefilación.  Determinar experimentalmente las variables y magnitudes

del proceso: fuerza,

tensión, potencia, coeficiente de roce, etc.  Determinar la variación de las propiedades mecánicas del material  Comprobar endurecimiento por deformación.  Determinar el coeficiente de fricción entre el material a trefilar y la matriz o hilera utilizando diferentes lubricantes

Material y equipo  Alambre de cobre recocido  Tres hileras  Equipo del ensayo de tracción  Lubricantes diferentes para cada grupo

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Procedimiento (para cada material)  Se toma una muestra de alambre a ser trefilado  Se corta 2 testigos antes del primer trefilado ( uno para el ensayo de tracción y otro para medir la dureza )  Se procede a realizar el trefilado en la maquina de tracción con la primera hilera  Se corta 2 testigos antes del segundo trefilado (uno para el ensayo de tracción y otro para medir la dureza  Se procede a realizar el trefilado en la maquina de tracción con la segunda hilera  Se corta 2 testigos antes del tercer trefilado (uno para el ensayo de tracción y otro para medir la dureza  Se procede a realizar el trefilado en la maquina de tracción con la tercera hilera  Se corta 2 testigos después del tercer trefilado (uno para el ensayo de tracción y otro para medir la dureza

Datos a Tomar Para cada etapa de trefilado  Diâmetro Inicial del alambre do ó Do  Diámetro final del alambre df ó Df  El semiangulo de la hilera  Fuerza de trefilado  Dureza Para cada ensayo de tracción  Diámetro inicial del alambre  Área de la sección Inicial Ao  Longitud inicial entre las marcas Lo  Longitud final entre las marcas Lf  Carga máxima en el ensayo Pt  Carga de rotura en el ensayo Pu  Curva respectiva

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Proceso de Calculo

Siendo las magnitudes del proceso: Do D1 Ao A1 Fo F1 V1

= Diámetro de entrada del alambre (si es una barra) = Diâmetro de salida [mm] = Seccion central de entrada (0) = Sección final de la salida (1) = Fuerza tractora a la entrada [kpsi] = Fuerza de tracción a la salida = Velocidad del alambre a la salida [m/seg] Tensión de salida Pto. 0 =indica comienzo de la deformación plástica Pto. 1 =indica final de la deformación plástica  Grado de deformación otorgado  Coeficiente de roce entre el material y la hilera o Grado de deformación previo a la entrada p = Presión entre la herramienta y el metal HB = Dureza Brinell Resistencia a la deformación del material resistencia media del proceso r = reducción de arrea R = Fuerza radial de separación al trabajo con hilera bipartida(split die) Nt = Potencia de trefilación Ne = Potencia de eléctrica efectiva a la salida del motor de la trefiladora Qn = rendimiento de la trefiladora.

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 Para determinar el coeficiente de fricción entre el alambre y la hilera se trabaja con las curvas de Esfuerzo vs. Deformación real a partir de la curva carga (P) vs. Alargamiento ( δ) obtenidas en la maquina de tracción usando la siguiente expresión

 En un punto de la curva ( P vs. δ ) de coordenadas ( Pi vs. δi ) se tiene σi

=

Ei

=

(Pi/ Ao ) ( 1 - δi/ Lo ) Ln ( 1 - δi/ Lo )

Se determina la escala de cargas y alargamientos Escala de Cargas Ey = Pt/Yt Kg./mm... siendo Pt

la carga máxima en el ensayo de tracción

 Escala de Alargamientos Ex = (Lf – L0) /Xu  Para determinar el punto de rotura (Xu Yu 

=

-

Yu ) se determina primero la distancia

Pu / Ey

Midiendo esta distancia con un compás corta el grafico ese seria el punto Pu /Xu (mm), con las escalas determinadas, se obtiene la curva real.

P1 = Y1 Ey (δ1 = X1 Ex

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 Proceder a calcular la deformación efectiva εi = 2 Ln (Do / Di ) i = 1, 2,3 para 1er, 2do, 3er, trefilado  Ubicar las deformaciones efectivas en la curva esfuerzo deformación real y determinar los esfuerzos medios de fluencia para cada

trefilado, trazando

paralelas al tramo elástico partiendo de los puntos medios de las deformaciones efectivas  Teniendo el grafico de esfuerzo vs. deformación real de la barra determinándose gráficamente σy inicial es decir antes de trefilar y luego el σy final , y teniendo los valores Ey1 , Ey2

se calcula el

σy =

1 Ey1 - Ey2



σy

l ε σdε ε

Esta integración se puede hacer gráficamente en la curva esfuerzo deformación real y analíticamente aproximando a la ecuación de Hollomon - σ = C ε-n



Donde C es una constante Con lo cual se obtiene σy

=

(C / Ey2 - Ey1) (1/ n +1) ( Ey2 - Ey1 )

 Para obtener C y n se hace un grafico log σ - log E ( ploteando puntos de la curva esfuerzo

vs. deformación real

y en este grafico C viene a ser la

intercepción de la recta con el eje del log σ y n la pendiente

 El trabajo total necesario para producir una reducción del diámetro de una barra, es igual a la suma de los trabajos de deformación, de fricción y redundante

Wt = W d + Wf + W r Estos estarán contemplados en la ecuación de SACHS y el factor de corrección del efecto del trabajo redundante ( Øw) que introdujo GREEN σxf / σy = ( 1 +B) (Øw) [ 1 – (Df / Do )2B ]

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 Para cada pasada calcular Øw donde i = 1, 2, 3



Øw = 0.88+ 0.78[ (Do + Di ) / (Do - Di ) ] [ ( 1 – cosα) / 2 sen α ]

 Para cada pasada calcular σxf mediante

σxf = 4F / π Dfin



donde Dfin diámetro a la salida de la hilera F

fuerza de trefilado

 B = f 2 cotg  σxf

= Esfuerzo aplicado en la barra al tirar de ella

 σy

= Esfuerzo de fluencia del material

 α

= ángulo de conicidad de la hilera ( semi ángulo)

 Do

= diámetro inicial de la barra a trefilar



= diámetro final de la barra a trefilar

Df

 .f

= Coeficiente de fricción entre la barra y la hilera

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CALCULOS Y RESULTADOS

EMBUTIDO 

Datos para la placa:

Material: acero inoxidable Espesor ( ): 1.7 mm Diámetro (Dd): 110 mm Diámetro del punzon (Dp): 85 mm La relación de embutido esta dado por: Dr=

=

Para ver si es posible aplicar un adecuado proceso de embutido, se debe cumplir la relación Dr < 2. De acuerdo al dato obtenido, vemos que si cumple la condición.

Para determinar la relación de grosor del cenicero está dado por: Rg= Donde:

= espesor inicial de la placa

Reemplazamos los datos obtenidos: Rg=

= 1.545%

Para determinar un adecuado proceso de embutido, se debe cumplir que Rg > 1%. De acuerdo a los dato obtenido, vemos que si cumple la condición.



Hallamos la fuerza necesaria para la embutición:

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F = r. e. Dr. σr r : radio del punzón e: espesor de la plancha σr : carga de rotura del material Dr: relación de embutido, (coeficiente de función) (Acero inoxidable) e=

1.7 mm

r=

42.15 mm

Dr= Reemplazamos en la fórmula y obtenemos: F= 42.15x1.7x1.294x860 F= 79740.5502 N Analicemos la nueva relación de grosor Rg que se presenta: Rg=

=

=0.00823=0.82%