UNI-FIM
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
“
DEFO EFORM RMA ACI N PLA PLASTIC STICA A
”
INTEGRANTES : Jacinto Morales, Eric Franz 20150128G 20150068D Peña Andagua, Jonathan David 20150074D Valencia Guerrero, Cristhian Eduardo
Curso
: Procesos de Manufactura
Profesor
: Peraldo Ramos, Anita
Sección
: “D”
Rímac, 04 de Octubre del del 2017
INFORME N° 01
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I.
OBJETIVOS
El objetivo del siguiente laboratorio es que se 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.
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II.
FUNDAMENTO TEÓRICO
CONCEPTOS GENERALES SOBRE CONFORMACIÓN PLÁSTICA En todas las operaciones de conformado de metales las piezas se deforman permanentemente y algunas veces en gran proporción. El objeto de una teoría de conformado es poder calcular, dado un grado de conformación deseado, las fuerzas necesarias para lograrlo. Si tomamos como ejemplo una de las formas más sencillas de aplicar cargas, una fuerza de tracción unidireccional, y la analizamos, podemos extraer algunas conclusiones. Hay dos zonas que se diferencian netamente entre sí. Zona elástica: Es la zona recta en la cual los esfuerzos son proporcionales a las deformaciones; se cumple la ley de Hooke y es zona Clásica de trabajo en ingeniería para el diseño de piezas y estructuras ya que, retirando la carga, el material vuelve a sus dimensiones originales. Zona plástica: Superado el valor de !Y estamos con deformaciones permanentes; es decir, retirada la causa que originó el alargamiento, el material no retorna a su forma inicial, sino que retiene un alargamiento o deformación permanente, el cual es igual al alargamiento producido menos la recuperación elástica. Existe una primera parte del diagrama en la cual las deformaciones crecen prácticamente sin el incremento de las fuerzas aplicadas. Luego, para continuar deformando el material es necesario que las fuerzas aplicadas aumenten su valor. Si tenemos en cuenta la estricción, vemos que las fuerzas por unidad de superficie crecen hasta producir la rotura de la probeta.
Mecanismos de la deformación Cuando los materiales metálicos estén sujetos a fuerzas que excedan su limites elásticos, tendrán deformaciones permanentes; dicho de otra manera el material fluye en direcciones que dependen de las fuerzas aplicadas. La explicación de estos mecanismos de deformación debemos buscarla en la naturaleza cristalina de los metales. En estas agrupaciones cristalinas la deformación plástica se produce por el desplazamiento de una láminas de cristal en relación a otras. El movimiento se l ocaliza en una serie de planos o por lo menos de hojas muy delgadas, en forma semejante a los naipes cuando se deforma una baraja. La parte elástica de la curva está dada por una rotación o por pequeñas deformaciones de los cristales, los cuales vuelven a su posición una ves que cesa la causa que los originó. Cuando los esfuerzos superan el límite elástico se producen desplazamientos a la largo de ciertos planos cristalográficos (planos de deslizamiento) y dentro de ellos, en ciertas direcciones (direcciones de deslizamiento). Como resultado de estos deslizamientos se producen obstrucciones por el bloqueo de las mencionadas direcciones de deslizamiento y debido a la presencia de otros cristales adyacentes. Por este motivo se produce una continua reducción de la capacidad de deformación plástica remanente y un cambio en las propiedades físicas del metal. INFORME N° 01
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En efecto, de estos bloqueos es que incrementándose los esfuerzos externos necesarios para deformar el metal llegará un momento en que, aplicando nuevos esfuerzos, el efecto será producir la rotura del material.
Efectos de la temperatura en la conformación Si tomamos un material conformado y lo calentamos se produce a determinadas temperaturas un proceso de recristalización, cuyo resultado es una completa redistribución de los átomos del metal que forman nuevos cristales y causando como consecuencia la eliminación total de la acritud obtenida por la conformación. Esta recristalización se produce producir inmediatamente después de la conformación (trabajo en caliente) o con un tratamiento térmico posterior a la deformación (trabajo en frío). Estos se podrían definir de la siguiente manera.
Trabajo en caliente
Es aquella conformación que se produce en condiciones tales de temperatura y velocidad que tienen lugar simultáneamente la deformación y la restauración (o recristalización). Por ejemplo, entre los rodillos de laminador.
Trabajo en frío
Un metal se conforma en frío cuando no se eliminan las perturbaciones producidas durante el proceso. Dicho de otra forma, no se elimina el endurecimiento por deformación y por esta razón, la deformación total que puede darse es menor que la que se conseguirá trabajando en caliente, a menos que dicho endurecimiento se elimine tratamientos térmicos intermedios.
Comparaciones de trabajos en frío y en caliente El término “comparación” que se emplea en el título es muy relativo ya que las finalidades de un trabajo u otro son generalmente diferentes. El trabajo en caliente es siempre una operación primaria (a pesar de que puede ser una final), cuyo objeto es romper las estructuras arborescentes de los metales colados. Al mismo tiempo y como consecuencia de la disminución del límite elástico con la temperatura, la energía necesaria para el proceso es bastante menor. En cambio los trabajos en frío son operaciones finales y se puede aprovechar en muchos casos, no sólo el cambio de forma sino el aumento de resistencia producido por el proceso, conservando todavía una adecuada ductilidad para el uso.
Fundamentos del trefilado El proceso de trefilado es una forma de conformar metales por compresión indirecta. El material, cuyo punto se afino previamente, se introduce en una herramienta de forma cónica y tirando a través del mismo se produce la conformación.
Fuerza de tiro necesaria La conformación se realizó en la hilera o trafila, estando al mismo tiempo bajo la acción de la fuerza P, que actúa sobre el alambre, y la presión transversal Q, que surge en el cómo trefilado como fuerza de reacción, figura 1. Esta fuerza Q no actúa perpendicularmente a las paredes sino que forma un cierto ángulo (debido al rozamiento) Esquema del proceso de trefilado. INFORME N° 01
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En forma muy general podemos presentar un diagrama de bloques, que esquematiza las diferentes operaciones de un proceso de trefilado. Tratamiento Térmico Preparación Superficial Trafilado Recubrimiento Superficial
1) Tratamiento térmico Cuando se debe deforma mucho el material )por ejemplo alambres de acero 80/90%, alambres de aluminio 90/95%), la posibilidad de hacerlo está en que el metal tanga una estructura metalográfica apta para la conformación. Los tratamientos térmicos varían para cada metal, buscando la estructura más adecuada. Por ejemplo: Cobre: se hace un recocido entre 220 y 600°C dependiendo de la pureza del mismo; Aluminio: el recocido se hace entre temperaturas de 350 y 500°C; Acero de bajo tenor de carbono (hasta 1015/1020): se hace un recocido total; y Aceros de mediano y alto tenor de carbono (1025 y superiores): aquí el tratamiento térmico es un temple isotérmico denominado “patentado”. Consiste en calentar al material hasta lograr la total austenización
y enfriar bruscamente a una temperatura entre 400 y 500°C aprox. Este enfriamiento se puede lograr introduciendo el material en baños de plomo, de sales o con corriente de aire controladas (patentado al aire). Se obtiene sorbítica m uy fácilmente deformable.
2) Preparación superficial Como buena parte de la energía gastada en el proceso así como las condiciones de terminación del producto dependen fuertemente del rozamiento entre la pared de la hilera y el alambre, se debe cuidar especialmente el estado superficial del material a trefilar. El material a trefilar proviene de un tratamiento térmico o de un proceso de trabajo en caliente anterior, por lo tanto, la superficie externa está habitualmente oxidada. Estos óxidos tienen la particularidad de ser quebradizos, de elevada dureza y presentan altos coeficientes de fricción. Por este motivo, las operaciones de preparación superficial suelen ser dos: a) decapado : su objeto es eliminar los óxidos superficiales dejando una superficie limpia para la operación posterior. b) preparación superficial propiamente dicha: se colocan productos en la superficie del material a trefilar, que deben cumplir con las siguientes condiciones: ideben ser de una rugosidad adecuada para servir como por tantes de lubricantes. ii- deben impedir la oxidación durante las discontinuidades del proceso. Como ejemplo del proceso mencionaremos el caso del acero.
3)Preparación superficial Para este fin se utilizan varios productos de los cuales mencionaremos algunos. Baños de encalado: soluciones fuertemente saturadas de cal; para conseguirlas es necesario mantener el baño en permanente agitación. Baños de bórax: tiene una interesante ventaja como producto; consiste en que su alcalinidad sirve para neutralizar los restos de ácido que pudieron haber quedado del proceso de decapado. Baños de fosfato: son los más utilizados en la actualidad; permiten trabajar a muy altas velocidades. Son de formulación química compleja y consisten en fosfatos metálicos disueltos en soluciones de ácido fosfórico. INFORME N° 01
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4)Trefilado, maquinaria Una vez realizadas las operaciones anteriores, el material está listo para entrar en las máquinas de trefilar. Aquí tenemos varios tipos de estas máquinas, que dependen fundamentalmente del producto que se fabricará.
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III.
PROCEDIMIENTO Y MATERIALES MATERIALES: Una lámina cuya aleación contiene estaño y plomo. Una laminadora. 3 probetas para tracción, cuyo material era cobre. Una traccionadora (ver figura 1). Guantes de seguridad.
Fig.1. Máquina Traccionadora
PROCEDIMIENTO
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Tomo muestras de 15 cm de barras de cobre. Mido los diámetros de la probetas(desde el medio). Marco el punto medio de la probeta. Marco desde el punto medio una pulgada hacia arriba y hacia abajo, puntos ubicados en la probeta Se someten las probetas en la traccionador y tomo los datos del esfuerzo de tracción y la gráfica de esfuerzo vs. Deformación (ver figuras 2 y 3). Retiro las probetas y mido nuevamente el diámetro de estas, verificando que estas se hayan traccionado desde la mitad. Se toma una lámina de aluminio de 20.4cm de largo y se pasa por la laminadora sucesivamente hasta que queda 1.9m de largo.
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Fig.2. Lectura de la Máquina Traccionadora
Fig.3. Gráfica de Esfuerzo vs. Deformación
IV.
CALCULOS
Se busca corroborar en la experiencia de laminado que el volumen del cuerpo se conserve. LAMINA DE ALUMINIO INICIO LARGO*ANCHO*ESPESOR=20.4cm*5.06cm*0.63cm=65.03 cm 3 2da pasada LARGO*ANCHO*ESPESOR=22.55cm*5.08cm*0.58cm=66.04 cm 3
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3ra pasada LARGO*ANCHO*ESPESOR=31cm*5.11cm*0.44cm=69.7 cm 3 4ta pasada LARGO*ANCHO*ESPESOR=54cm*5.118cm*0.25cm=69.09 cm 3
LAMINA DE ESTAÑO + PLOMO INICIO LARGO*ANCHO*ESPESOR=12cm*1.09cm*0.52cm= 6.8016cm 3 2da pasada LARGO*ANCHO*ESPESOR=19.8cm*1.3cm*0.245cm=6.306 cm 3 3ra pasada LARGO*ANCHO*ESPESOR=205cm*1.75cm*0.16cm=57.4 cm 3
V.
VI.
CONCLUCIONES En el siguiente informe se puede concluir que existen varios métodos para determinar las deformaciones de materiales, y estas dependerán de lo que se quiera obtener.
BIBLIOGRAFÍA
[1] E. Siebel, “Fuerzas y Tensiones en el Estirado de Alambres ”, Revista Alambre de junio de 1952. [2] Karl Schimz, “Sistema para Simplificar los Cálculos en el Estirado de Alambres ”, Revista Alambre de febrero de 1952.
VII.
ANEXOS Datos tomados en el laboratorio
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Fig.4. Experiencia de tracción
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Fig.5. Experiencia de Laminado
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