Esfuerzos producidos en los materiales.

 

 

Es el esfuerzo al que se ve sometido un material cuando se le aplican dos fuerzas en la

misma dirección y en sentido contrario, provocando su alargamiento. Mas resiste a tracción

menos alargamiento.

•Los materiales dúctiles sometidos a tracción tienen elevado alargamiento y deformación

plástica. En los materiales duros, poco alargamiento y poca deformación.

•Aplicando calor se disminuye la resistencia a tracción y aumenta tenacidad.

•Si se dobla repetidamente un material dúctil, como no puede deformarse, ni alargarse se

produce dureza.

•Los materiales con zonas estructurales de distintas características, producen un reparto

irregular de las tensiones internas.

Cualquier material que pueda ser conformado en frío con un cierto radio de doblado, también

puede ser conformado en una maquina de perfilar. En la siguiente tabla se muestra un

Ranking de los materiales con mejores características para ser conformados mediante una

maquina perfiladora en frío. Donde 100 significa que el material presenta condiciones

excelentes mientras que un “0” cero significa que no puede ser usado en este proceso de

conformación.

 

 

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Cálculo de número de pases de embuticiónjulio 22nd, 2013by pmucci08

Cálculo de números de pases de embutición:

Para realizar dicho calculo dentro de una operación de embuticion primero que todo se debe

tener en cuenta la forma del embutido ya que con la forma del embutido se puede

determinar el desarrollo del embutido y poder así aplicar la formula la cual nos dará los

cálculos de desarrollo, por otra parte se debe tener en cuenta el numero de operaciones en

que se va a realizar el embutido para ello también se cuenta con una ecuación la cual nos

dará el numero de secuencias que debe tener el embutido para ello se tiene en cuenta

generalmente con el diámetro del embutido y la altura por también se puede encontrar

como   ecuación para el embutido la presión que debe ejercer el prensa chapa para evitar la

deformación de la lamina en el momento del embutido en este caso se tiene en cuenta los

diámetros y una constante de presión específica para cada material, por último la ultima

ecuación que utilizamos es la carga de embutido la cual como la del punzo nado se tiene

semejantes parámetros.

Determinación del diámetro del elemento a embutir.

La determinación de las dimensiones de la chapa de la que ha de salir el objeto embutido se

basa en la igualdad de los volúmenes de material del trozo de chapa inicial y el de la pieza

embutida. La importancia de la determinación del desarrollo se basa en tres necesidades

1.    Economía del material

2.    Facilidad de embutición

3.    Reducción del número de útiles.

Los cálculos que se describen en los numerales siguientes son aplicables a cuerpos huecos

que tengan forma geométrica regular y con sección circular. Para cuerpos irregulares no

siempre se puede realizar un cálculo exacto.

Haciendo la aproximación de que el espesor no varía durante la embutición, será suficiente

con encontrar la igualdad entre la superficie de la embutición y la de corte.

 

 

 

 

Determinación del Número de Embutición.

La determinación del número de operaciones, junto a la del diámetro del disco inicial son dos

de las cuestiones más importantes de los procesos de embutición. La necesidad de realizar el

embutido en dos o más pasadas viene determinada por la imposibilidad de que el material

pueda resistir la elevada tensión radial a que se le somete durante el proceso de embutición

debido a la relación existente entre el diámetro inicial del disco y el diámetro del recipiente a

embutir.

Las piezas embutidas de gran profundidad, o de forma complicada no pueden ser obtenidas

en una sola operación. Estas deben ser deformadas en varias etapas y en matrices

diferentes, acercándose progresivamente a la forma definitiva.Cuanto mas pekeño es el

diámetro del punzón respecto al disco a embutir tanto mayor sera la presión necesaria para

el embutido. Para que esta presion no provoque la rotura de la chapa, esta no debe superar

los limites de resistencia del material. Los factores mas importantes que influencian la

calidad y la dificultad de las embuticiones son:

1.    Características del material: propiedades, tamaño de grano.

2.    Espesor del material.

3.    Tipo de embuticion: simple doble o triple efecto.

4.    Grado de reducciones.

5.    Geometría de la embuticion.

Para la determinación de las operaciones por el método de coeficientes de reducción, se

parte del calculo de la chapa plana y se procede a multiplicar cada nuevo diámetro por un

factor dependiente del tipo de chapa hasta alcanzar el valor deseado.

En la siguiente figura se ilustra el proceso donde D es el diámetro de desarrollo, d1 el

diámetro de la primera embuticion, d2 el de la segunda etc. Se tiene en consecuencia lo

siguiente:

d1 = K1 x D

d2 = K2 x d1

d3 = K2x d2

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Doblado y Embutidojulio 22nd, 2013by pmucci08

DOBLADO 

Se puede efectuar con el mismo equipo que se usa para corte, esto es, prensas operadas con

manivela, excéntrico y leva. En donde esté considerado el doblado, el metal se somete a

esfuerzos tanto en tensión como de compresión con valores inferiores a la resistencia límite

del material, sin un cambio apreciable del espesor. Tal como en una prensa dobladora, el

doblado simple implica un doblez recto a lo largo de la lámina de metal.

Para diseñar una sección rectangular a doblar, uno debe determinar cuánto metal se debe

dejar para el doblez, pues las fibras exteriores se alargan y las interiores se cortan. Durante

la operación, el eje neutro de la sección se mueve hacia el lado de la compresión, lo cual

arroja más fibras en tensión. Todo el espesor disminuye ligeramente, el ancho aumenta en el

lado de la compresión y se acorta en el otro. Aunque las longitudes correctas para los

dobleces se pueden determinar por fórmulas empíricas, están considerablemente influidas

por las propiedades físicas del metal. El metal que se ha doblado, retiene algo de su

elasticidad original y hay alguna recuperación de elasticidad después de retirar el punzón, a

esto se le llama recuperación elástica.

El doblado de metales es la deformación de láminas alrededor de un determinado ángulo.

Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados

(menores a 90°) o rectos. Durante la operación, las fibras externas del material están en

tensión, mientras que las interiores están en compresión. El doblado no produce cambios

significativos en el espesor de la lámina metálica. Existen diferentes formas de doblado, las

más comunes son: doblado entre dos formas y doblado deslizante.

DOBLADO ENTRE FORMAS

En este tipo de doblado, la lámina metálica es deformada entre un punzón en forma de V u

otra forma y un dado. Se pueden doblar con este punzón desde ángulos muy obtusos hasta

ángulos muy agudos. Esta operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo

volumen de producción.

 

DOBLADO DESLIZANTE:

 

En el doblado deslizante, una placa presiona la lámina metálica a la matriz o dado mientras

el punzón le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado. Este tipo de

doblado está limitado para ángulos de 90°.

Cuando se remueve la fuerza de doblado, la lámina intenta regenerarse gracias a una

propiedad elástica de los metales conocida como memoria, restitución o

Recuperación. Esta propiedad no sólo se observa en láminas y placas planas, sino también en

varillas, alambres y barras con cualquier perfil transversal.

EMBUTIDO

El embutido consiste en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego presionándolo

hacia la cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la cual quedará formada la

lámina, se usa para hacer piezas de forma de copa y otras formas huecas más complejas.

En la embutición de una pieza se parte de una porción de chapa que descansa sobre

la matriz, mientras el pisador la mantiene sobre esta y el punzón ejerce la presión necesaria

para conformar la pieza provocando la fluencia del material a través de la cavidad abierta en

la matriz. La pieza va a conformarse en función de la forma de la abertura de la matriz y la

forma del punzón, mientras que el pisador va a evitar el pandeo del material al tratarse de

formas generalmente no desarrollables

El número de etapas de embutición depende de la relación que exista entre la magnitud del

disco y de las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición, del material y

del espesor de la chapa. Es decir, cuanto más complicadas las formas y más profundidad sea

necesaria, tantas más etapas serán incluidas en dicho proceso.

Embutido profundo y prensado

El embutido profundo es una extensión del prensado en la que a un tejo de metal, se le da

una tercera dimensión considerable después de fluir a través de un dado. El prensado simple

se lleva a cabo presionando un trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al

indentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para

bebidas, son los ejemplos más comunes

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Fuerzas de conformado en los diferentes procesos de corte

julio 22nd, 2013by pmucci08

En el proceso de conformado de piezas las partes se pueden formar: por fundición y colada,

por deformación plástica, por maquinado, por ensamble y unión.

Los procesos de conformado mecánico de acuerdo al estado de tensiones o fuerzas aplicadas

a las piezas durante el conformado, se clasifican en:

Proceso de Compresión directa: forjado, laminado.

Proceso de Compresión indirecta: trefilado y extrusión.

Proceso de tracción:estirado.

Proceso de flexión: doblado ( plegado, rolado, perfilado, embutido, repujado).

Proceso de Corte: cizallado y punzonado.

Proceso de torsión: para la construcción de resortes helicoidales

Cizallado

El corte del metal implica su sostenimiento a un esfuerzo de corte, superior a su resistencia

límite, entre filos cortantes adyacentes como se muestra en la figura 22. Conforme el punzón

desciende sobre el metal, la presión produce una deformación plástica que tiene lugar como

en B en la figura. El metal se somete a un esfuerzo muy alto entre los filos de la matriz y el

punzón, y las fracturas se inician en ambos lados de la lámina a medida que continúa la

deformación. Cuando se alcanza el límite de resistencia del material la fractura progresa; si

el juego es correcto, y ambos filos tienen el mismo aguzado, las fracturas se encuentran en

el centro de la lámina como se muestra en C. el valor del juego, que desempeña un papel

importante en el diseño de matrices depende de la dureza del material. Para el acero deberá

ser del 5 al 8 % del espesor del material por lado. Si se usa un juego inadecuado, las

fracturas no coinciden, y en cambio, deben atravesar todo el espesor de la lámina,

consumiendo más potencia.

a) Punzón en contacto con la lámina.

b) Deformación plástica.

c) Fractura completa.

 

 

Punzonado.

Los procesos de conformado de chapa en general, y en particular el proceso de punzonado,

suelen asociarse con procesos mecánicos relativamente simples de reducida aportación

tecnológica y escaso valor añadido. Sin embargo, la realidad es muy diferente ya que estos

procesos, al igual que otros procesos de tipo mecánico, están fuertemente influenciados por

factores muy diversos relacionados con la máquina, las herramientas, el material y

características geométricas de la pieza o el propio entorno del proceso (tabla 1).

El punzonado es una operación de corte de chapas o láminas, generalmente en frío,

mediante un dispositivo mecánico formado por dos herramientas: el punzón y la matriz. La

aplicación de una fuerza de compresión sobre el punzón obliga a éste a penetrar en la chapa,

creando una deformación inicial en régimen elastoplástico seguida de un cizallamiento y

rotura del material por propagación rápida de fisuras entre las aristas de corte del punzón y

matriz. El proceso termina con la expulsión de la pieza cortada (figura anexa).

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Diagrama Esfuerzo-Deformaciónjulio 22nd, 2013by pmucci08

ESFUERZO

Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se

Distribuyen en toda el Área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área,

la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro que permite comparar la

resistencia de dos materiales, ya que establece una base común de referencia.

σ = P/A

Dónde:

 P≡ Fuerza axial;

A≡ Área de la sección transversal

DEFORMACIÓN

 La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar

una estructura. Controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito

para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia.

El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que

generan las cargas aplicadas.

Una barra sometida a una fuerza axial de tracción aumentara su longitud inicial; se puede

observar que bajo la misma carga pero con una longitud mayor este aumento o alargamiento

se incrementará también. Por ello definir la deformación  (ε) como el cociente entre el

alargamiento  δ y la longitud inicial  L, indica que sobre la barra la deformación es la  misma

porque si aumenta L también aumentaría δ. Matemáticamente la deformación sería:    ε =

δ/L

Diagrama esfuerzo – deformación

El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material

estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una

fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento

producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar

originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación.

Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general permite

agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan

materiales dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de materiales dúctiles se

caracterizan por ser capaces de resistir grandes deformaciones antes de la rotura, mientras

que los frágiles presenta un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.

 

Elementos de diagrama esfuerzo – deformación

En un diagrama se observa un tramo recta inicial hasta un punto denominado límite de

proporcionalidad. Este límite tiene gran importancia para la teoría de los sólidos elásticos, ya

que esta se basa en el citado límite. Este límite es el superior para un esfuerzo admisible.

Los puntos importantes del diagrama de esfuerzo deformación son:

− Límite de proporcionalidad: hasta este punto la relación entre el esfuerzo y la deformación

es lineal;

− limite de elasticidad: más allá de este límite el material no recupera su forma original al ser

descargado, quedando con una deformación permanente;

− punto de cedencia: aparece en el diagrama un considerable alargamiento o cedencia sin el

correspondiente aumento de carga. Este fenómeno no se observa en los materiales frágiles;

− esfuerzo último: máxima ordenada del diagrama esfuerzo – deformación;

− punto de ruptura: cuanto el material falla.

Dado que el límite de proporcionalidad, elasticidad y punto de cedencia están tan cerca se

considera para la mayoría de los casos como el mismo punto. De manera que el material al

llegar a la cedencia deja de tener un comportamiento elástico y la relación lineal entre el

esfuerzo y la deformación deja de existir (Beer y Johnston, 1993; Popov, 1996; Singer y Pytel,

1982).

Ley de Hooke

En el diagrama esfuerzo – deformación, la línea recta indica que la deformación es

directamente proporcional al esfuerzo en el tramo elástico, este principio conocido como la

ley de Hooke (véase Ecuación 3). Asimismo, la proporción representada por la pendiente de

la recta, es constante para cada material y se llama módulo de elasticidad (E), valor que

representa la rigidez de un material.

 

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Las prensas excéntricas e hidráulicas como máquinas utilizadas en el conformado de metales.julio 21st, 2013by pmucci08

Prensas Excentricas.

Las prensas tienen capacidad para la producción rápida, puesto que el tiempo de operación

es solamente el que necesita para una carrera del ariete, mas el tiempo necesario para

alimentar el material. Por consiguiente se pueden conservar bajos costos de producción.

La maquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frío y algunos en

caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene una bancada y un

ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en

ángulos rectos con relación a la bancada.

Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones diseñados para ciertas

operaciones específicas. La mayoría de operaciones de formado, punzonado y cizallado, se

pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan matrices y punzones adecuados.

Son conocidas por ejemplo prensas excéntricas de marcha rápida con regulación de altura,

en las que la excéntrica lleva un casquillo de excéntrica, en el que está montada la biela. La

elevación de la prensa se ajusta por la torsión del casquillo del casquillo de excéntrica contra

la excéntrica. Durante el funcionamiento normal el casquillo de excéntrica está retenido en la

excéntrica. Esto debe efectuarse lo más posible con una retención solidaria en rotación; el

juego de giro no es admisible.

Prensas Hidráulicas.

Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por  vasos comunicantes impulsados por

pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores.

Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar

conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación

referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un

recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este

principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas.

Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa

hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.

El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se

obtienen fuerzas mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de

desplazamiento, en similar proporción.

La prensa hidráulica es una aplicación del principio de Pascal.

La prensa consta de dos émbolos de distintos diámetros, en sendos recipientes, los cuales

están intercomunicados por un tubo.

“La presión de un líquido se transmite a todos los puntos del mismo y a las paredes del

recipiente que lo contiene.”

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Conformado de Metalesjulio 21st, 2013by pmucci08

CONFORMADO DE METALES

En el conformado de metales se deben tener en cuenta ciertas propiedades, tales como un

bajo límite de fluencia y una alta ductilidad. Estas propiedades son influenciadas por la

temperatura: cuando la temperatura aumenta, el límite de fluencia disminuye mientras que

la ductilidad aumenta.

Existe para esto un amplio grupo de procesos de manufactura en los cuales las herramientas,

usualmente un dado de conformación, ejercen esfuerzos sobre la pieza de trabajo que las

obligan a tomar la forma de la geometría del dado.

Trabajo en frío

Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un

esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una

deformación.

Trabajo en caliente

 Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que

la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de

una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes

grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad