DEFORMACIÓN PLASTICA

OBJETIVO El objetivo de estos laboratorios es que el alumno conozca los aspectos generales sobre los procesos de deformación, las características de los productos fabricados por este proceso, determinar las fuerzas y presiones necesarias para producir la deformación deseada e identificar los posibles defectos en las piezas procesadas y prevenirlos

INTRODUCCIÓN

Para los productos que serán procesados por deformación debemos de tener en cuenta las 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 de átomos de cristales se desplazan al sobrepasar determinada tensión límite, sin romper la cohesión 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 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 indicadaTeniendo un mismo lubricante como varían los valores anteriores en función del materialMaterial y equipo

Placas de fierro y acero inoxidable Lubricantes distintos Matriz Punzón Prensa Rayador Lija

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 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 esta 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

Donde: 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 comodr < 2 r < 0.5Rg > 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, principalmente hacia las superficies de limitación libres de la piezaEl 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 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 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 (determinado con la probeta de tensión)

CUESTIONARIO 1. Indique Ud. cual es la relación de embutido del proyecto hecho en clase. 2. Indique Ud. La relación de grosor en el cenicero 3. 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 del cenicero teniendo en cuenta los materiales y lubricantes utilizados.

4. Haga el diagrama de los esfuerzos de deformación en los sectores del cenicero. 5. Determine los grados de alargamiento, ensanchamiento y recalcado en su proyecto.

(Según el material y lubricante utilizado)6. Calcular la anisotropía plástica e indicar que es importante para determinar la

capacidad de un material para embutido profundo 7. Determinar la relación limite de embutido Solo para 2148. Indique Ud. La influencia de los diferentes lubricantes usados en clase en las

propiedades del cenicero (dureza, ensanchamiento, alargamiento y recalcado), para cada material

9. Explique Ud. la diferencia de fuerzas utilizadas en el embutido en los diferentes materiales y lubricantes (justifique técnicamente)

10. Teniendo en cuenta las preguntas anteriores haga un análisis al respecto.11. Calcule la fuerza de embutido necesaria para su proyecto (teórica). Y compare con

la obtenida en clase (si son diferentes indique la razón)12. Haga una análisis de la dureza con relación a los diferentes lubricantes utilizados en

clase (justifique técnicamente) para cada material13. Indique usted si teniendo el mismo lubricante y diferente material como varia la

fuerza de embutido real y teórica, cual seria el valor o los valores del coeficiente de fricción

Profesor Leonor Zegarra

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 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 durezaPara 214 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 laminadoPara 214 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 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 = 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.

Deformación real.

Velocidad radial de los rodillos

v r = R ω

1 revolución = 2 π radianes

v r = R N (2 π) radianes/ revolución

v r = π DN

Fuerza del rodillo.

c

Donde: Yf: Esfuerzo de fluencia promedio

W : Ancho de la lamina

Lc : Longitud de contacto

F: Fuerza de laminado

Además:

Yf =

: 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 214 diferentes materiales 216 solo alumninio

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 materiales 4. Determine la fuerza del rodillo. En los diferentes materiales 5. Determine la distribución de presiones sobre el cilindro6. Determine la posición teórica del punto de no deslizamiento en los diferentes materiales7. Determine la carga de laminación teórica para cada material8. Determine la potencia teórica para realizar el proceso para cada material9. Determine la potencia utilizada .para cada material10. Indique como influye el material para determinar la fuerza y la potencia de laminación11. Indica que factores contribuyen a la extensión en el laminado plano.12. Explique los tipos de deflexión que sufren los rodillos en los diferentes materiales13. Indique si existen defectos ( estructurales y superficiales)14. De que manera afecta la aplicación de las tensiones a la practica del laminado plano.15. Indique Ud. como influye la laminación en frío, en la inducción de endurecimiento. En los

diferentes materiales

Para 214 16. Indique Ud. como varia la estructura molecular durante el laminado.17. Indique usted como influye la laminación en las curvas de esfuerzo deformación de los

diferentes materiales18. Indique usted de acuerdo a las curvas obtenidas hubiera sido necesario algún tratamiento

térmico intermedio para cada material19. Indique usted de los materiales utilizados cual es el mas dúctil o maleable20. Indique usted el comportamiento de cada material hecho en clase durante el laminado

Leonor Zegarra Ramírez Profesora del Curso

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 Alambre de aluminio ( MC 214) 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 X 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 X 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 X 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 X testigos después del tercer trefilado (uno para el ensayo de tracción y

otro para medir la dureza X = 2 para 216 X = 3 para 214 (para hacer 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 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

Proceso de Calculo

Siendo las magnitudes del proceso:

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 hilerao Grado de deformación previo a la entradap = Presión entre la herramienta y el metalHB = Dureza BrinellResistencia a la deformación del materialresistencia media del procesor = 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 trefiladoraQn = rendimiento de la trefiladora.

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 = (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 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

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

σy = 1 l ε σdε Ey1 - Ey2 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 = Wd + Wf + Wr

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 ] 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 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

CUESTIONARIO

1. Teniendo en cuenta la relación de reducción final verifique Ud. si las relaciones de reducción 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 calculo

teórico. ( obtener la fuerza teórica y compararla con la obtenida en clase) para los diferentes 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. Y material

10. Hacer un análisis de la de la variación de dureza en cada trefilado /lubricante/ material 11. 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 materiales

MC 216 = 1 materialMC 214 = 2 materiales

Leonor ZegarraProfesora del curso