Informe 3

5/11/2018 Informe 3 - slidepdf.com

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TIPÁN POZO ERICK PATRICIOGrupo: 5

Informe # 32011/11/18

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Facultad de Ingeniería Mecánica

Tecnología de Conformado Mecánico

Tema: Conformado Mecánico

Objetivo: Definición

Clasificación de Conformado

Clasificación de Conformado Mecánico por Deformación Plástica

Ensayo de Tracción

Diagrama de Tracción

Forja Periódica

Forja Continua (Laminación)

Extrusión

Deformaciones reales

Recuperación elástica en Al y Pb

Marco Teórico:

Definición de Conformado Mecánico.

El formado de partes con la aplicación de fuerza mecánica, se considera uno de los

procesos de formación más importantes, en términos del valor de la producción y del

método de producción. El formado de partes se puede efectuar con el material frío

(formado en frío) o con material caliente (formado en caliente).




Informe # 32011/11/18

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Las fuerzas utilizadas para formar las partes pueden ser de tipo de flexión, compresión o

cizallado y tensión. Los procesos de formado se pueden clasificar en:

La clasificación más aceptada es la siguiente:

En el proceso de Fundición se obtienen piezas mecánicas mediante el proceso del

colado de metal líquido, en un recipiente denominado molde. Para realizar una pieza en

fundición hay que tomar en cuenta la contracción del material cuando éste se encuentre

ya en estado sólido, el radio de acuerdo que se encuentra en intersecciones, por eso es

que al momento de realizar el moldeo la pieza en el molde tendrá mayor dimensión que

la original y por ende hay aumento de volumen.

Conformado

Mecánico

Total: (Fundición) ΔV≠0 Recocido deHomogenización

Sólido

Líquido

Parcial: (Soldadura) ΔV≠0 Recocido Total

Por Corte: (Virutaje) ΔV≠0 Control de dureza(Temple Isotérmico)

CMPDP

DeformaciónPlásticaΔV=0

Acero PlomoPor Temperatura Caliente 900°C 10°CDe Trabajo: (Rango de temperatura

De recristalización) f(T, ε, t) Frío 500°C – 10°C

Por SolicitacionesMecánicas




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En el proceso de soldadura se obtienen objetos metálicos a través de unir dos o más

piezas la unión de estas piezas se hace a través de material líquido que es el producido

por la suelda. Por eso es que el cambio o variación de volumen de material es ΔV ≠ 0.

En el proceso de Virutaje se obtienen piezas metálicas por arranque de viruta, puede ser

a través de un torneado como también de un fresado, es decir habrá desperdicio de

material por eso es que.

En el proceso de CMPDP se obtienen piezas a través del uso de fuerzas externas y del

uso de una matriz metálica, por eso es que el cambio o variación de volumen de

material es nulo, es decir ΔV = 0.

Conformado Mecánico Por Deformación Plástica (CMPDP):

En el conformado mecánico por deformación plástica tenemos el uso de fuerzas externas y del

uso de una matriz, la cual es tallada para que adquiera una forma que permita, mediante una

estratégica aplicación de fuerzas externas, la pieza adopte formas pretendidas.

A diferencia de los procesos de conformado anteriores, en este proceso el cambio o variación

de volumen de material es nulo.

Se puede dividir al conformado mecánico por deformación plástica por la temperatura de

trabajo y por las solicitaciones mecánicas.

Temperatura de Recristalización

Es el limite que se tiene en la división por temperatura de trabajo en caliente y al trabajo en

frió, para diferenciar estas dos temperaturas se emplea la temperatura de Recristalización, es

decir es la temperatura a la cual se es aplicado el recocido de Recristalización, esta

temperatura va entre los 550°C y los 700°C en el acero. Los parámetros de estos

procedimientos estarán dados en función del tiempo empleado y de la deformación, por

ejemplo, la temperatura de Recristalización disminuye cuando se incrementa la cantidad de




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trabajo en frió previo ya que grandes cantidades de trabajo en frió previo provoca que el

material se vuelva menos estable y propicio para la nucleación de granos recristalizados,

mientras que en el trabajo en caliente, el material se va recristalizando continuamente.

.

Ensayo de tracción:

Se denomina tracción cuando un cuerpo sometido a un esfuerzo mecánico sufre

deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción.

Sin embargo el estiramiento en ciertas direcciones generalmente va acompañado de

acortamientos en las direcciones transversales.

Para medir las deformaciones se usa un extensómetro, o escala graduada, y para medir

la fuerza aplicada podemos usar un dinamómetro, para el resultado de los ensayos

Por SolicitacionesMecánicas

Compresión

Flexión

- Fuerza impuesta (Fi)es de compresión

- Fi es la que da forma- Fi sea perpendicular al flujo

de material

Directa Forja

- Intermitente

- Continua(Laminación)

- Fi es una sola- Fi no deforma solo posicionacontra la herramienta

- Fi crea compresión enherramienta y ésta sedeforma

- Fi es paralela al flujo

Indirecta

- Extrusión

- Trefilado

Corte

Torsión

Tracción




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empleamos los datos obtenidos para interpretarlos con gráficos “esfuerzo-deformación”

con el fin de estudiar el comportamiento del material del que esta constituida la probeta.

Diagramas de Tracción:

Curva Fuerza-Deformación

La Curva Fuerza-Deformación es elaborada a partir de los datos obtenidos en el ensayo.

Esta curva tiene una primera parte lineal llamada zona elástica, en donde la probeta se

comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su

longitud inicial.

Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia,

desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de

este punto, si se quita la carga la probeta quedaría más larga que al principio. El valor

límite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia. La deformación se

concentra en la zona del cuello, provocando que la carga deje de subir. La curva

dependerá del material es decir cada material tienen su propia curva.

Para ello empleamos las formulas:

Esfuerzo:

-Ingenieril o de Ingeniería [s]: Ao

Fi

Inicial Area

inicial fuerzas

_

_

-Real : Ai

Fi

Area

inicial fuerza

aInstantane_

_




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Deformación:

-Ingenieril o de Ingeniería [e]:lo

l

iniciallongitud

longitud deVariacióne

_

__

-Real :

lli

liln

Curva Esfuerzo Ingenieril- Deformación Ingenieril

La curva Esfuerzo-Deformación Ingenieril es una herramienta muy útil para determinar

muchas de las características mecánicas de los materiales. Este diagrama se obtiene al

someter un material a un Ensayo de Tracción. El material a ensayar debe presentarse en

una configuración apropiada a la que se llama Espécimen o probeta de tracción.

Curva Esfuerzo Real- Deformación Real




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La curva Esfuerzo – Deformación, expresa tanto el esfuerzo como la deformación en

términos de las dimensiones originales de la probeta, un procedimiento muy útil cuando

se está interesado en determinar los datos de resistencia y ductilidad para propósito dediseño en ingeniería.

La curva que es también denominada como, curva de fluencia, (ya que proporciona el

esfuerzo necesario para que el metal fluya plásticamente hacia cualquier deformación

dada), muestra realmente lo que sucede en el material. Por ejemplo en el caso de un

material dúctil sometido a tensión este se hace inestable y sufre estricción localizada

durante la última fase del ensayo y la carga requerida para la deformación disminuye

debido a la disminución del área transversal, además la tensión media basada en la

sección inicial disminuye también produciéndose como consecuencia un descenso de la

curva Esfuerzo - Deformación después del punto de carga máxima. Pero lo que sucede

en realidad es que el material continúa endureciéndose por deformación hasta

producirse la fractura, de modo que la tensión requerida debería aumentar para producir

mayor deformación. A este efecto se opone la disminución gradual del área de la

sección transversal de la probeta mientras se produce el alargamiento. La estricción

comienza al alcanzarse la carga máxima.

Gráfico del Ezfuerzo máximo (Apuntes de clase)

En el grafico podemos evidenciar la presencia de tres zonas que son:




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Fi

Fi

h

Martillo

Yunque

hiFlujo del Material

La primera, llamada zona elástica, es aquella en la que trabajan todas las ingenierías, el

cuerpo se comporta completamente elástico, la grafica ingenieril y real se comportan

casi iguales.

La segunda es llamada zona plástica, aquí ya se nota una considerable diferencia entre

la grafica ingenieril y la real, esta es la zona en la que se trabaja el conformado por

deformación plástica, el cuerpo tiene un comportamiento semielástico ya que sufre

deformación.

La tercera zona se conoce como la zona de fractura o estricción, aquí no es posible

realizar ningún trabajo ya que tenemos un material con figurado e inestable, el material

se deforma hasta llegar a tener fisuras microscópicas internas por toda su estructura

generando vacíos internos y se deforma hasta el punto de fractura.

El área comprendida por la zona uno es el área de elasticidad, el área comprendida por

la zona uno y dos es el área de plasticidad ó rigidez y la que comprende las tres zonas

es el área de tenacidad.

Forja: Se entiende por forja la deformación por compresión de un material colocado

entre matrices. Éstas, a menudo, son componentes de prensas de gran tamaño capaces

de ejercer una presión enorme y pueden obtenerse piezas sencillas y complejas.

Forja Periódica:

Es un proceso el cual se lo puede realizarse en caliente o en frío y en el que la

deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión,




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además es uno de los principales métodos para dar forma a materiales fundidos muy

grandes, por medio de fuerzas que pueden ser aumentadas por medio del martillado o en

una prensa.

Es un método muy conveniente para la obtención de barras homogéneas debido a que la

zona de deformación se extiende a toda la sección transversal. En el método de

martillado la deformación rápida se limita principalmente en la zona superficial.

Forja Continua (Laminación): Se llama laminación al proceso de conformado mecánico

por compresión directa que consiste en deformar plásticamente metales al hacerlos

pasar entre cilindros giratorios de igual diámetro siendo la abertura entre los cilindros

algo menores que el espesor de la pieza de trabajo.

La forja por laminado se usa en una amplia variedad de piezas, incluyendo ejes, barras

para propulsores de avión, palancas, hojas de cuchillos, cinceles, estrechado de tubos y

extremos de muelles. Las piezas hechas de este modo tienen muy buen terminado de

superficie y las tolerancias son iguales a otros procesos de forja. El metal es trabajado

completamente en caliente y tiene buenas propiedades físicas.




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El principal factor que se debe controlar en el proceso de conformado en caliente es la

temperatura a la cual se está calentando el material. Si el calentamiento es insuficiente

el metal será más difícil de trabajar debido a que posee una menor ductilidad ymaleabilidad propiedades que se le confieren al calentarlos a una temperatura adecuada.

Extrusión:

Es un proceso en el cual el material se empuja o se extrae a través de un troquel o dado

que debe ser de la forma deseada. Presenta dos ventajas principales: la habilidad para

crear formas muy complejas de una forma muy sencilla y el trabajo con materiales que

son normalmente son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de

compresión y de corte. También brinda un excelente acabado superficial. Puede ser

continua para materiales muy largos, o intermitente para partes pequeñas y aisladas.

“La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el proceso más

común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente fuertemente

reforzado. La barra es empujada a través del troquel por el tornillo o carnero. Hay un

dummy block reusable entre el tornillo y la barra para mantenerlos separados. La mayor

desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión de la barra, es mayor

que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza de fricción introducida por la

necesidad de la barra de recorrer completamente el contenedor. Por eso la mayor fuerza

requerida es al comienzo del proceso y decrece según la barra se va agotando.”




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“La extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el

contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El troquel es

sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el contenedor. Lalongitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al

moverse la barra con el contenedor, la fricción es eliminada.”

Trefilado: Es un proceso de compresión indirecta en el cual el material es deformado al

pasar por un dado de sección circular como efecto de la aplicación de una fuerza externa

de tracción haciendo que el material, generalmente de sección casi circular, que

también, generalmente viene de un proceso anterior de laminación y de un tipo especial

de forja (aguzado) el cual permite que un tramo atraviese el dado, reduzca cada vez más

de diámetro, este proceso es el que siguen todos los cables para su industrialización, es

un proceso que se lo realiza en frió.

En este proceso se tiene que la fuerza impuesta es de tracción como ya se dijo

anteriormente, además es solo posicionadora, es decir, no deforma, y es paralela al flujo

de material, de la misma dirección y sentido, la fuerza de compresión se crea en la

herramienta y es la que deforma.




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Recuperación Elástica:

Elasticidad es la propiedad de un material en virtud de la cual las deformaciones

causadas por la aplicación de una fuerza desaparecen cuando cesa la acción de la fuerza.

Un cuerpo completamente elástico se concibe como uno de los que recobra

completamente su forma y dimensiones originales al retirarse la carga, tal es el caso de

un resorte o hule al cual le aplicamos una fuerza.

Descripción de la Práctica.

Procesos de Conformado por Deformación Plástica:

1.- Procesos por compresión directa:

En el proceso de forja periódica se utiliza una prensa de tornillo, para colocar una matriz

con un émbolo (martillo) y una base (yunque). Como material se utilizó una placa de

aluminio a la que se le debe medir su espesor y ancho. Se coloca el material en el centro

de la matriz y se toman 3 deformaciones haciendo girar 4,5 y 6 vueltas a la manivela de

la prensa respectivamente; para esto se baja el émbolo hasta que presione el material.

En el proceso de laminación (forja continua) al material con un laminador tipo DUO

(para laboratorio) el cual consta de dos rodillos. Primero se comprueba que los rodillos

estén paralelos. Se hace subir dos vueltas a los rodillos y posteriormente se toman las

deformaciones del material cada cuarto de vuelta hasta completar las dos vueltas.

DiDo

Di

Di

Flujo de material

Fi

Figura N° 3 Trefilado




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Cuando es Conformado Mecánico se realiza revenido de cristalización para volver a

darle al material sus propiedades iniciales, para esto el horno debe estar a una

temperatura de 470ºC y con un tiempo (t)= 5 min.

Cabe recalcar que en industrias éste proceso de Conformado Mecánico en la última

pasada no se hace el revenido.

2.- Procesos por compresión indirecta:

Trefilado: Se usa una matriz (soporte donde se coloca el dado), mordaza, dados y como

material una varilla de aluminio.

Antes de comenzar con la práctica se toman las medidas del diámetro inicial de material

y se verifica el número del dado.

Para esto se va a hacer una deformación. Previamente para el trefilado se realizo un

afilado (denominado agusado al material para que cierta parte de este pueda pasar por eldado con el objetivo de que se pueda sujetar en la mordaza), y se lo hace por forja.

Se sujeta la parte agusada en la mordaza y se sube el cabezal logrando que el material

pase por el dado, una vez realizado este proceso se toma la medición del diámetro final.

Extrusión Directa: Se empleo un embolo sólido y un contenedor (se coloca el material a

ser extruido). Se hará pasar el material por 1 dado dividido en 2 partes, se coloca el

dado en la parte inferior de la matriz

El material empleado es el plomo, se coloca el material en el contenedor, sobre el se

coloca un pistón, que sirve para evitar el desgaste o daño del embolo, por lo general se

trabaja en caliente, al calentarse el embolo se puede deformar, ya que resulta mas fácil

cambiar el pistón que va entre el material y el embolo que cambiar el embolo.




Informe # 32011/11/18

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En cada cara se ha trazado una cuadricula que se denomina grilla, que sirve para

determinar la deformación del material, este es el método mas fácil y económico que

existe.

Sobre el material se coloca el contenedor en la matriz, se baja el cabezal presionando el

material, el cabezal se baja de tal forma que lo obligue al material a pasar por el dado,

con ayuda de un espejo observamos que es lo que pasa con el pistón al momento que

pasa por el dado.

El material fluye en la misma dirección de la Fuerza, el material recorre por el

contenedor y el dado esta fijo, hay una parte del material que fluye con mayor

velocidad, es por eso que los puntos se empiezan a abrir, para retirar al material del

contenedor hay que sacar el dado para no tener obstáculo. Posteriormente se mide las

distancias desde una grilla referencial hasta la primera línea en deformarse, desde la

misma referencia hasta la línea con mayor deformación se mide el diámetro deformado.

Extrusión Inversa: Se emplea un tocho de plomo entero, un embolo hueco, un

contenedor que esta fijo a la matriz, un dado en forma de cruz y una placa que se coloca

bajo el contenedor para evitar que se pase el material

Se coloca el material en el contenedor y sobre el material si coloca el dado, se baja el

cabezal hasta que se presione, en este caso el material esta fijo y el dado recorre por el

contenedor.




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Datos Obtenidos:

Forja# Vueltas Espesor inicial(mm) Ancho(mm) Espesor Final(mm)

4 3.15 24.9 35 3.15 24.9 2.756 3.15 24.9 2.6

Espesor inicial(mm) Ancho(mm)3.15 24.9

Laminado

# Vueltas Espesor Final(mm)1/4 2,8

½ 2,45¾ 2,151 1,8

1(1/4) 1,401(1/2) 1,101(3/4) 0,70

2 0,40

Espesor inicial(mm) Ancho(mm)3.15 24.9

Extrusión Directa Extrusión Inversa-- Dado Barra -- Área(mm)^2

Diámetro(mm) 21,35 29,65 Dado 226.31

Distancia 1(mm) -- 22,35 Barra 176,13Distancia 2(mm) -- 6,30 -- --

Trefilado-- Dado Varilla

Diámetro(mm) 6 --Diámetro inicial(mm) -- 6,85Diámetro final(mm) -- 6,15




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Cálculo de la recuperación elástica del aluminio en la extrusión inversa

RE=0.7515%

DIÁMETRO 0,505LONGITUDINICIAL 2ÁREAINICIAL 0,200296167VOLUMENINICIAL 0,400592333

FUERZAEN LIBRA

LONG. ENPULGADA

INCREMENTO∆L E. INGENIERIL (S)

DEF.INGENIERIL (Ε) AI

E. REAL(Σ) DEF. REAL

(E)

0 2 0 0 0 0,20029617 0 0,69314718

4000 2,0041 0,0041 19970,42713 0,00205 0,1998864 20011,3665 0,69110346

8000 2,0079 0,0079 39940,85426 0,00395 0,19950811 40098,6206 0,6892204410500 2,0103 0,0103 52422,37122 0,00515 0,19926993 52692,3464 0,68803665

12050 2,0112 0,0112 60160,91173 0,0056 0,19918075 60497,8128 0,68759381

13120 2,0142 0,0142 65503,00099 0,0071 0,19888409 65968,0723 0,68612197

14100 2,0202 0,0202 70395,75563 0,0101 0,1982934 71106,7528 0,68319783

15000 2,0503 0,0503 74889,10174 0,02515 0,1953823 76772,5626 0,66891029

15700 2,0990 0,099 78383,92649 0,0495 0,19084913 82263,9308 0,64706037

15950 2,1000 0,1 79632,07818 0,05 0,19075825 83613,6821 0,64662716

16000 2,1201 0,1201 79881,70852 0,06005 0,18894974 84678,6051 0,63804529

15900 2,1305 0,1305 79382,44784 0,06525 0,18802738 84562,1526 0,63369668

15700 2,2000 0,2 78383,92649 0,1 0,18208742 86222,3191 0,6061358

14900 2,4000 0,4 74389,84106 0,2 0,16691347 89267,8093 0,5389965

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

F vs L




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Análisis de datos:

Se puede observar que la dureza del material va aumentando de una forma constante a

lo largo del proceso de laminado, mientras que en la forja a medida que se fue

comprimiendo la variación de espesores fue disminuyendo sin embargo, llega a un

punto el cual es límite y si se sobrepasa el material se fisura o se quiebra.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

F vs ΔL

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

σ vs E




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En la laminación entre más sometemos al material a los rodillos se reduce su espesor se

aumenta la longitud, el material se va endureciendo cada vez que se lo deforma, esta

dureza va a su límite y pasado del este el material se daña, se fractura por lo cual sedebe hacer un revenido de recristalización para regresar a la forma normal del material.

Conclusiones:

El conformado mecánico por deformación plástica es un proceso en el que no existe

desperdicio de material, a diferencia de los otros procesos, lo cual permite conservar el

volumen del objeto variando únicamente sus dimensiones o su posición.

Al causar una deformación en el material, al cual se le está aplicando los procesos de

compresión directa como son el laminado y la forja, este aumentara su dureza, pero sin

sobrepasar el límite de cada material, ya que l podría causar ruptura.

En la extrusión directa observamos que la pieza en dos partes sale separada en dos por

lo que indica que dentro del contenedor hay una fuerza de fricción que los separa.

Recomendaciones:

Realizar un revenido después de cada deformación en la laminadora podría ayudar a

conservar la característica de la pieza que son fundamentales tales como son la dureza

además de que así evitaríamos posibles rupturas del material.

Procurar que el material ingrese lo mas perpendicular posible al émbolo y a la maquina

laminadora porque puede causar variación en el ancho del material.

Procurar que para la laminación los rodillos estén lo mas paralelos posibles, ya que la

falta de paralelismo podría causar variación en el ancho del material.




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BIBLIOGRAFIA:

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1504/1/CD-0830.pdf

DONALD. R; Manual del Ingeniero Mecánico; Orientación S.A ; 1989

http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials3.html.

www.uniovi.net/Tecnologia_de_Materiales/Files/Tema07.ppt

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