deformacion plastica 2016-1 214

8/16/2019 Deformacion Plastica 2016-1 214

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DEFORMACIÓN PLASTICA

OBJETIVOEl objetivo de estos laboratorios es que el alumno conozca los aspectos generales sobrelos procesos de deformación, las características de los productos fabricados por este

proceso, determinar las fuerzas y presiones necesarias para producir la deformacióndeseada e identificar los posibles defectos en las piezas procesadas y prevenirlos

INTRODUCCIÓN

Para los productos que serán procesados por deformación debemos de tener en cuentalas siguientes consideraciones y variables Curvas esfuerzo deformación del material a usar Efecto de endurecimiento Criterios de deformación Propiedades del material y/o producto

Temperatura de operación Geometría inicial del material Geometría del elemento de deformación (punzón, rodillo etc) Fricción lubricación y temperatura Velocidad del proceso Fuerza y potencia requeridas Naturaleza del flujo de material

EMBUTIDO

El embutido es un proceso de deformación plástica de tal manera que las series deátomos de cristales se desplazan al sobrepasar determinada tensión límite, sin romper lacohesión internaPara 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 realizarel embutido con respecto a la obtenida teóricamente, y el coeficiente de fricciónvariando el lubricante, así como la deformaciones en los diferentes sectores, y lavariación de dureza en función de la variación indicadaTeniendo un mismo lubricante como varían los valores anteriores en función delmaterialMaterial y equipo

Placas de fierro y acero inoxidable Lubricantes distintos Matriz Punzón Prensa

Rayador Lija


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Escuadra Equipo de Tracción Durometro

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

Datos a TomarPara 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 Profundidad del producto después de cada embutido 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 esta dada por

dr= Dd / Dp


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Donde: Dd : diámetro del disco

Dp : diámetro del punzón

La relación de grosor en el cenicero es la siguiente:

Rg = to / DdDonde: to: espesor inicial

Reduccion (r):

r = (Dd – Dp) / Dd

para determinar si es adecuado un proceso de embutido tiene que cumplir con ciertoslimites tales comodr < 2

r < 0.5

Rg > 1%

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, principalmentehacia las superficies de limitación libres de la piezaEl rozamiento debe contribuir a dirigir el flujo del material así como el desgaste de lasherramientas 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 µ = 0.10 Tg ρ = 50 37Superficies toscas y secas µ = 0.25 Tg ρ =140

Fuerza necesaria para la embutición F (fuerza para la conformación)

La fluencia del material comienza cuando la diferencia de las tensiones principalesalcanza la resistencia a la deformación


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σmax - σmin = σ1 - σ3 = R f

F = r. e . dr. σr

r : radio del punzón

e: espesor de la planchaσr : carga de rotura del materialdr : relación de embutido, (coeficiente de función)

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

R = Deformación del ancho/ Deformación del espesor (determinado con la probeta detensión)

CUESTIONARIO

1. Indique Ud. cual es la relación de embutido para cada elemento2. Teniendo en cuenta los valores obtenidos y la curva obtenida en el ensayo de

tracción indicar si se puede realizar otro proceso para aumentar la profundidad delcenicero teniendo en cuenta los materiales y lubricantes utilizados.

3. Haga el diagrama de los esfuerzos de deformación en los sectores del cenicero.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 profundo6. Determinar la relación limite de embutido

7.

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

8. Explique Ud. la diferencia de fuerzas utilizadas en el embutido en los diferentesmateriales y lubricantes (justifique técnicamente)

9. Calcule la fuerza de embutido necesaria para su embutido (teórica). Y compare conla obtenida en clase (si son diferentes indique la razón)

10. Indique usted si teniendo el mismo lubricante y diferente material como variaría lafuerza de embutido real y teórica, cual seria el valor o los valores del coeficiente defricción

11. De acuerdo a la experiencia realizada en clase indique usted que productos sefabrican por este proceso

Profesor Leonor Zegarra


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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 dedureza, determinar las cargas de laminación y la potencia requerida.

Materiales y equipo a utilizar Platinas o perfiles de diferentes materiales Rayador Regla Vernier Durometro

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

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


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De acuerdo al material determina la ecuación σ = X εn

El draf (reducción de espesor)Esta dado por:

d = to – t f

to = espesor inicialt f = espesor final

r = reducción = d/to

La reduccion de espesor máxima

dmax = R μ²

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 Lc

t toh

h R Lp

Deformación real.

tf

toln

Velocidad radial de los rodillos

v r = R ω

1 revolución = 2 π radianes

v r = R N (2 π) radianes/ revolución


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v r = π DN

Fuerza del rodillo.

LwYf F c

Donde: Yf : Esfuerzo de fluencia promedio

W : Ancho de la lamina

Lc : Longitud de contacto

F: Fuerza de laminado

Además:

Yf =n

k n

1

.

: 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

Cuestionario

1. Determine la reducción de espesor máxima (draf).2. Determine la longitud de contacto en el laminado.3. Determine la deformación real. En los diferentes materiales4. Determine la distribución de presiones sobre el cilindro

5.

Determine la posición teórica del punto de no deslizamiento en los diferentes materiales6. Determine la carga de laminación teórica para cada material7. Indique como influye el material para determinar la fuerza y la potencia de laminación8. Indica que factores contribuyen a la extensión en el laminado9. Indique si existen defectos ( estructurales y superficiales)10. Indique Ud. como influye la laminación en frío, en la inducción de endurecimiento. En los

diferentes materiales11. Indique Ud. como varia la estructura molecular durante el laminado.12. Indique usted como influye la laminación en las curvas de esfuerzo deformación de los

diferentes materiales13. Indique usted de acuerdo a las curvas obtenidas hubiera sido necesario algún tratamiento

térmico intermedio para cada material14.

Indique usted de los materiales utilizados cual es el mas dúctil o maleable15. Indique usted el comportamiento de cada material hecho en clase durante el laminado


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Leonor Zegarra Ramírez

Profesora del CursoTREFILADO

El trefilado es una operación de trabajo en frío, destina a reducir la sección, calibrarsección y endurecer el material por medio de un cono o dado duro (hilera). A nivel industrial eltrefilado 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 Alambre de aluminio Tres hileras Equipo del ensayo de tracción Lubricantes diferentes para cada grupo o empresa

Procedimiento (para cada material) Se toma una muestra de alambre a ser trefilado Se corta 3 testigos antes del primer trefilado ( uno para el ensayo de tracción y

otro para medir la dureza y metalografía) Se procede a realizar el trefilado en la maquina de tracción con la primera hilera


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Se corta 3 testigos antes del segundo trefilado (uno para el ensayo de tracción yotro para medir la dureza y metalografía

Se procede a realizar el trefilado en la maquina de tracción con la segunda hilera Se corta 3 testigos antes del tercer trefilado (uno para el ensayo de tracción y

otro para medir la dureza y metalografía

Se procede a realizar el trefilado en la maquina de tracción con la tercera hilera Se corta 3 testigos después del tercer trefilado (uno para el ensayo de tracción y

otro para medir la dureza y metalografía

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

DurezaPara 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

Proceso de Calculo

Siendo las magnitudes del proceso:


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Do = Diámetro de entrada del alambre (si es una barra)D1 = Diâmetro de salida [mm]Ao = Seccion central de entrada (0)A1 = Sección final de la salida (1)Fo = Fuerza tractora a la entrada [kpsi]F1 = Fuerza de tracción a la salidaV1 = Velocidad del alambre a la salida [m/seg] Tensión de salidaPto. 0 =indica comienzo de la deformación plásticaPto. 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 metalHB = Dureza Brinell Resistencia a la deformación del material

resistencia media del procesor = reducción de arreaR = 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 trefiladoraQn = rendimiento de la trefiladora.

Para determinar el coeficiente de fricción entre el alambre y la hilera se trabajacon 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 siguienteexpresión

En un punto de la curva ( P vs. δ ) de coordenadas ( Pi vs. δi ) se tiene - σi = (Pi/ Ao ) ( 1 - δi / Lo ) Ei = 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)se determina primero la distancia

Yu=Pu / Ey

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

P1=Y1Ey


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(δ1=X1Ex

Procederacalcularladeformaciónefectiva

- εi = 2 Ln (Do / Di )

i = 1, 2,3 para 1er, 2do, 3er, trefilado

Ubicar las deformaciones efectivas en la curva esfuerzo deformación real ydeterminar los esfuerzos medios de fluencia para cada trefilado, trazando

paralelas al tramo elástico partiendo de los puntos medios de las deformacionesefectivas

Teniendo el grafico de esfuerzo vs. deformación real de la barra determinándosegráficamente σy inicial es decir antes de trefilar y luego el σy final , y teniendolos valores Ey1 , Ey2 se calcula el σy

σy = 1 l ε σdε Ey1 - Ey2 ε

Esta integración se puede hacer gráficamente en la curva esfuerzo deformación realy analíticamente aproximando a la ecuación de Hollomon

- σ=C ε-n Donde C es una constanteCon 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 laintercepción 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 = Wd + Wf + Wr

Estos estarán contemplados en la ecuación de SACHS y el factor de corrección delefecto del trabajo redundante ( Øw) que introdujo GREEN

σxf/σy=(1+B)(Øw)[1–(Df /Do)2B] B 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


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F fuerza de trefilado B = f 2 cotg α

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

Df = diámetro final de la barra a trefilar

.f = Coeficiente de fricción entre la barra y la hilera

La homogeneidad de la deformación se considera cuando h/L 2

h = (Do + Df ) /2

L = (Do – Df ) / 2sen

CUESTIONARIO

1. Teniendo en cuenta la relación de reducción final verifique Ud. si las relaciones dereducción en cada pasada estaban dentro de los limites permitidos. Para cada material

2. Obtener el diámetro promedio de trabajo en cada proceso de trefilado.3. Obtener la longitud de contacto de trabajo con el dado.

4.

Verificar si la fuerza del trefilado usado en la experiencia esta dentro del cálculoteórico. ( obtener la fuerza teórica y compararla con la obtenida en clase) para losdiferentes trefilados por variación de lubricante y material

5. Calcular la deformación efectiva de cada trefilado. En cada material y lubricante6. Calcular el trabajo redundante y la variación del coeficiente de fricción para cada

trefilado.7. Obtener la curva de comportamiento del coeficiente de fricción para cada lubricante.

con relación a los diferentes lubricantes8. Que influencia tiene la utilización de diferentes lubricantes en el proceso de trefilado.

9. Analizar la curva de comportamiento del coeficiente de fricción para cada lubricante. Ymaterial

10.

Hacer un análisis de la de la variación de dureza en cada trefilado /lubricante/ material11. Hacer un análisis de la variación de la fuerza de trefilado en relación a los lubricantes.12. Hacer un análisis de la variación de las curvas de esfuerzo deformación con los

diferentes lubricantes y materiales13. Indicar si el trefilado realizado en clase fue una deformación homogénea o no

Leonor ZegarraProfesora del curso

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