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Una aleación de aluminio, Al 6061 se va a extruir para obtener un perfil de sección en H de 52 mm. de ancho y 52 mm. de altura, con un espesor en el patín y en el alma de 3 mm. Desarrolle las siguientes preguntas: 1. Haga un boceto de la sección. Realice un análisis del proceso y del diseño de la pieza, conforme a su criterio (justificado) y análisis para facilitar el proceso, presente y explique sus sugerencias de cambios necesarios en el diseño de la pieza. 2. Obtenga la presión y la fuerza mínima para realizar la extrusión sin lubricación, para una palanquilla de 150 mm de diámetro a 500 0 C; la velocidad de salida del material es de 60m/min. 3. Obtenga la presión máxima de extrusión para una palanquilla de 450 mm de longitud. 4. Al cambiar el material a una aleación Al 7075 a 450 0 C, la extrusión emerge con severas grietas transversales en la dirección de extrusión. Identifique las causas del problema y presente su análisis al respecto. Teniendo en cuenta la información anexa, defina usted las condiciones de extrusión que harían seguro este proceso. 5. Sugiera y presente su justificación para fabricar esta pieza por otro proceso e incluya un bosquejo del mismo.

SOLUCIÓN. Declaración de variables: D0 = Diámetro Inicial De La Placa

[mm]

Df =

diámetro de la pieza extruida

[mm]

A0 = Sección transversal de la palanquilla

[mm]

h0 = Altura de la sección H

[mm]

V0 = velocidad del ariete o de entrada

[mm/s]

T = Temperatura a La Cual Se Realiza la Extrusión

[°C]

Єm= Tasa Promedio De Deformación

[s-1]

Qe = Factor De Intensificador De La Presión

[adimensional]

σ fm= Esfuerzo medio de fluencia C =coeficiente de la resistencia para trabajo en caliente

[MPa] [MPa]

m = Exponente De Sensibilidad A La Tasa De Deformación. [adimensional] pe = Presión de Extrusión

[MPa]

Pe = Fuerza de Extrusión

[N]

A0 = área de la sección transversal de la palanquilla

(mm 2)

Af= área de la sección transversal de la pieza extruida

(mm 2)

Fmin= fuerza mínima de extrusión ε= deformación real.

(adimensional)

α = Angulo del cono de la entrada de la matriz

(°)

∆ T =¿cambio de la temperatura V= volumen ρ= densidad c=calor especifico Datos: Material: Al 6061 Wf = ancho de la sección = 50 mm

Hf = altura de la sección = 50 mm tpatin = espesor del patin = 3 mm talma = espesor del alma = 3mm D0= diámetro de la palanquilla = 150 mm T = temperatura del proceso = 500 Vf = velocidad a la que emerge la extrusión = 1 m/s

1. Las aleaciones de aluminio se extruyen de manera isotérmica, sin lubricante y con matrices planas hechas de aceros utilizados para matrices para trabajo en caliente. El cortante a lo largo de la zona de metal muerto proporciona superficies nuevas y brillantes.

2. Para empezar, primero debemos encontrar el valor correspondientes a las aéreas iníciales y finales :

π A0 = (150 mm)2= 17671.46 mm2 4 El área final seria 2

A f =( 2 ( 3∗52 ) + ( ( 52−6 )∗3 ) ) =450 mm

Se procede a hallar el valor de la velocidad del ariete, utilizando la ecuación de balance de materia.

V 0=

Af V f = A0

mm s

450 mm2∗1∗103

2

17671.46 mm

=24.45

mm s

Con estos valores de área final e inicial, encontramos el valor de la deformación por medio de la ecuación 9-23 del libro del Schey, John A., Procesos de Manufactura, Tercera Edición, McGraw-Hill. , y para el valor de Df se hace una aproximación del área final a un radio de una circunferencia ε =ln

A0 17671.46mm 2 =ln =3.71 Af 432 mm2

Se toma como diámetro final un diámetro supuesto, que depende del área final de la sección.

450 mm2∗4 Df = =23.93 mm π

√

ε m=

2 6 V 0 D 2o tan α 6∗24.45❑∗( 150 )❑ tan 45 ε= D 3o −D 3f ( 150 )3❑−¿ ¿

De la Tabla 8.3 del Schey, John A., Procesos de Manufactura, Tercera Edición, McGraw-Hill, obtenemos los valores de C = 37 MPa y m = 0.17, correspondientes a la aleación Al 6061para el calculo del σ fm : σ fm=C ε m σ fm=37 Mpa∗3.640.17 =46.1 Mpa Para el cálculo de la Presión de Extrusión (p e) usamos la ecuación: pe = σ fm Qe Donde Qe , esta dado por: Qe =0.8+1.2 ε =0.8+1.2 ( 3.64 ) =5.2 Reemplazando estos valores en la presión: Pe =46.1 Mpa∗5.2=240 Mpa Ahora procedemos al cálculo de la fuerza mínima de extrusión. Usamos el valor del esfuerzo de fluencia mínimo, para lo cual se hace necesario, graficar los valores en papel log – log y así obtener la grafica de proporcionalidad entre el esfuerzo de fluencia con cada deformación. En primera instancia, como tenemos el coeficiente de resistencia es igual a 37 Mpa, así que lo ubicamos en la grafica en el eje de las ordenadas y lo proyectamos para ε = 1 en el eje de las abscisas, como ya sé que el valor de m=0.17 tenemos el valor de la pendiente y por ende el valor de los esfuerzos y de la taza de deformación. Después de haber realizado la grafica obtuvimos unos valores de: σ fmi =43 Mpa σ max=52 Mpa La fuerza mínima seria F min=σ fmin A0 Q e =43 Mpa∗17671.46 mm2∗5.25=4000 kN

Para la presión máxima de extrusión, utilizamos la ecuación 9-25a del schey, donde el esfuerzo máximo de fluencia fue obtenido por la grafica. Pemax =σ f max Qe =52 Mpa∗5.25=273 Mpa Esta será la presión máxima de extrusión.

4. durante el proceso de la extrusión en caliente, el calor que se genera puede causar que la temperatura de la pieza de trabajo se eleve por arriba de la temperatura solidus del material, esto evidenciado en la ecuación mostrada: ∆T=

Ea Vρc

la cual relaciona la variación de la temperatura con la energía absorbida por la pieza durante un proceso de forjado (traída a colación a causa de la analogía entre ambos procesos de deformación) , En el trabajo en caliente es posible que se incremente la temperatura por arriba de la solidus y que cause fragilidad en caliente; en el trabajo en frío puede darse la descomposición del lubricante . La fragilidad en caliente entonces conduce a la aparición de grietas superficiales circunferenciales (agrietamiento por velocidad), las cuales se pueden eliminar aminorando la rapidez de la prensa, reduciendo de esta manera la tasa de deformación y la rapidez de la generación del calor (pero también perdiendo producción).