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Conformado mecánico por deformación plástica por compresión directa
Objetivos: Ensayo de tracción
Forja
Laminación

Descripción de la Práctica:

Para la realización del ensayo de tracción se hace el uso de una prensa con tornillos de...

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Conformado Mecánico

Tema: Conformado mecánico por deformación plástica por compresión directa Objetivos: Ensayo de tracción Forja Laminación

Descripción de la Práctica:

Para la realización del ensayo de tracción se hace el uso de una prensa con tornillos de 10 toneladas de capacidad con un sistema de transmisión de cadenas y que funciona con 3 velocidades y de una probeta, esta probeta es normalizada y desde luego tiene una longitud inicial. La probeta se la coloca entre dos mordazas cada extremo sujeto en cada una de las mordazas de la máquina, la maquina se desplazara con velocidad constante durante la realización del ensayo. Algunas de las maquinas pueden disponer de sistemas de medida, extensómetros que permiten al experimentador conocer una magnitud de fuerza aplicada e incluso la deformación producida cuando las mordazas se están separando. Se toma la medición de que valor va alargándose la probeta, también se puede tomar el tiempo en que la probeta se llega a estirar tanto que se rompe significando que esa será su valor de tracción máxima del material de la probeta utilizada. La máquina que hace el tablado de hacer producir tracción un material está constituida por el paso de un tornillo en este caso, esta máquina funciona mediante la manipulación de una manivela en sentido horario y además en el caso particular de esta máquina está siendo operada internamente por un sistema de caja de cambios muy parecida a la un automóvil. Cuando la probeta se rompe se para la el movimiento de las mordazas instantáneamente y se procede a tomar los valores de alargamiento del material, es decir el diámetro. Un aspecto muy importante de la probeta de ensayo es que se ha utilizado probeta de forma rectangular, la probeta debe ser simétrica con respecto al eje longitudinal de toda su longitud para evitar flexión durante el proceso.

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Imagen 1 En la imagen 1 podemos ver claramente la representación de un ensayo de tracción.

Para la forja se utiliza una prensa con tornillos de 10 toneladas de capacidad con un sistema de transmisión de cadenas y que funciona con 3 velocidades. Se coloca la probeta en el punto donde se va a realizar la forja esta probeta está constituida por una lámina de aluminio de 3mm de espesor y 25,15mm de ancho (antes del ensayo). El paso siguiente es hacer pasar 8 vueltas, 9 vueltas, 10 vueltas y en cada vuelta medir el espesor de la probeta. Esta cantidad de fuerza se aplica sobre la probeta y para este ensayo es importante que las fuerzas se van a aplicar estén directamente en un punto localizado.

Para el procedimiento de laminación se va a utilizar un laminado duo porque tiene 2 rodillos este es muy pequeño y es muy utilizado por los joyeros, tiene un sistema de transmisión mediante piñones y la probeta a utilizar tendrá las mismas medidas que la probeta que se utilizó para el ensayo de forja probeta que está constituida por una lámina de aluminio de 3mm de espesor y 25,15mm de ancho, para comenzar el procedimiento la distancia entre rodillos debe ser iguala acero esto quiere decir que no va a pasar nada entre

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los rodillos, se procede abrir el rodillo 2 vueltas entonces se podrá a preciar que la lámina de aluminio pasa entre los rodillos sin deformación alguna, entonces se va reducir de un cuarto en cuarto de vuelta y en cada pasada se va a medir el espesor, entonces se va a reducir un cuarto de vuelta y se va a pasar el material entre los rodillos. Así se lo hace después con dos cuartos de vuelta, tres y cuatro cuartos de vuelta. Seguidamente para hacer más fácil la pasada del material se lo hace de un octavo en un octavo hasta tres octavos. Para que el material siga conservando sus características se le hace un proceso de revenido de recristalización por una hora a 287°C. Luego se le hace dos pasadas más, es importante mencionar que en cada pasada se debe medir el espesor de la probeta de aluminio.

Datos Obtenidos

Forja (Tabla1) Medida inicial Medida 1 Medida 2 Medida 3

Espesor [mm] 3 2,45 2,20 2,05

Longitud [mm] 67,8 71,05

Laminación en frio (Tabla2) N de medida 1 2 3 4 5 6 7

8

Vuelta 1/4 2/4 3/4 4/4 1/8 2/8 3/8 Revenido de Recristalización 4/8

3

Espesor[mm] 2,75 2,45 2,15 1,70 1,45 1,35 1,1 Revenido de Recristalización 0,75

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5/8

0,55

Datos Calculados Tabla de tracción (Tabla 3)

Ensayo de tracción a una probeta cilíndrica de Aluminio Material Longitud inicial Diámetro inicial de probeta

Aluminio de alta resistencia L O

2

[in]

0,505 Fuerza o Carga

[in]

L

L-Lo

i

F [lb]

0

0

1

4000

2

8000

3

10500

4

12050

5

13120

6

14100

7

15000

[in] 2 2,004 1 2,007 9 2,010 3 2,011 2 2,014 2 2,020 2 2,050 3

[in] 0 0,004 1 0,007 9 0,010 3 0,011 2 0,014 2 0,020 2 0,050 3

8

15700

9

15950

10

16000

11

15900

12

15700

13

14900

14

14000

D

Fi/A0

L/Lo [in] [in] 0 0 0,0020 19970, 5 4 0,0039 39940, 5 9 0,0051 52422, 5 4 60160, 0,0056 9 0,0071 65503 0,0101 0,0251 5

2,099 0,099 0,0495 2,1

0,1

0,05

2,120 0,120 0,0600 1 1 5 2,130 0,130 0,0652 5 5 5 2,2

0,2

0,1

2,4

0,4

0,2

2,7

0,7

0,35

4

70395, 8 74889, 1 78383, 9 79632, 1 79881, 7 79382, 4 78383, 9 74389, 8 69896, 5

Ai=(Ao*Lo) /L [in] 0.2003 0,1999 0,1995 0,1993 0,1992 0,1989 0,1983 0,1954 0,1908 0,1908 0,1889 0,188 0,1821 0,1669 0,1484

0 20011, 4 40098, 6 52692, 3 60497, 8 65968, 1 71106, 8 76772, 6 82263, 9 83613, 7 84678, 6 84562, 2 86222, 3 89267, 8 94360, 3

0 0,0020 5 0,0039 4 0,0051 4 0,0055 8 0,0070 7 0,0100 5 0,0248 4 0,0483 1 0,0487 9 0,0583 2 0,0632 1 0,0953 1 0,1823 2 0,3001

F vs L 18000 16000

Esfuerzo

14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

Deformacion

Esfuerzo real-deformación.

F vs ∆� 18000 16000

Esfuerzo

14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Deformacion

Esfuerzo ingenieril – deformación.

5

0.6

0.7

0.8

�� /�_0 vs∆�/ � 90000 80000 70000 Esfuerzo

60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Deformacion

Deformación real con laminación del aluminio (Tabla 4).

i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Espesor (mm) 3,15 2,75 2,45 2,15 1,7 1,65 1,45 1,35 1,1 0,75 0,55 0,45 0,25

Análisis de Resultados:

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Deformación real 1 -0,10008346 -0,23111172 -0,38193461 -0,55961579 -0,64662716 -0,81093022 -0,9650809 -1,09861229 -1,370546 -1,74523945 -2,19722458 -2,53369681

0.4

Cuanto más fuerza se va aplicando en el ensayo de forja de un material, el espesor de la pieza va disminuyendo poco a poco. Cuando se hace el proceso de laminación de un material este también va disminuyendo su espesor a medida que se va girando el tornillo y cerrando los rodillos. El espesor del material depende del diámetro de los rodillos. El área bajo la curva de la zona plástica nos indica la tenacidad de los materiales. En el área bajo la curva de esfuerzo-deformación ingenieril podemos ver el trabajo de fractura. En la gráfica real- esfuerzo deformación podemos observar que toda el área bajo la curva nos representa la resilencia. La ductabilidad en las gráficas varia en Fvs L el esfuerzo se concentra en punto de 16000 aprox.

Conclusiones El ensayo de tracción nos determina las características del material con respecto a su resistencia a las fuerzas de tensión. La forja es un proceso de deformación plástica por en el cual interviene la temperatura se puede hacer en caliente o en frio. La resilencia es la capacidad de un material de absorber energía en la zona elástica. Toda área bajo la curva es la tenacidad en el grafico esfuerzo deformación. La ductabilidad es la capacidad que tiene un material de deformarse hasta la ruptura. Es importante hacer el revenido de recristalización para recuperar las propiedades internas del metal. El recocido ayuda a mejorar la ductilidad del metal. Con los diagramas esfuerzo deformación se puede determinar las propiedades mecánicas de los materiales.

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La forja es el único proceso por compresión directa. El proceso de conformado mecánico por deformación plástica conserva la integralidad estructural y alta resistencia mecánica de los materiales. El proceso de conformado mecánico por deformación plástica pide como requisito que el material este en estado sólido. El proceso de conformado mecánico por deformación plástica cumple la cualidad que no va a perder su volumen durante el proceso.

Recomendaciones Aplicar con velocidad constante el movimiento de la manivela en el proceso de laminación para obtener datos precisos. Realizar un proceso de recristalización en el trabajo de laminación para mantener las propiedades del metal. Tomar los apuntes con las medidas correctas. Utilizar una probeta de aluminio normalizada. Anexos: Imágenes de la práctica:

Imagen de una Forja real

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Imagen del aluminio después del proceso de laminación

Bibliografía Apuntes tomados en clase. ASKELAND, D; La ciencia e ingeniería de los materiales; Iberoamérica; 1987. Luis Ortiz Berrocal (2007). Resistencia de materiales, Madrid: Ed. McGraw-Hill.

Conformado Mecánico

Tema: Conformado mecánico por deformación plástica por compresión directa Objetivos: Ensayo de tracción Forja Laminación 9

Marco Teórico: El ensayo de tracción es poner a prueba una probeta normalizada a una fuerza de tracción esto hasta que la probeta se rompa, este ensayo nos permite medir la resistencia del material a una fuerza que esta aplicada muy lentamente. Este ensayo de tracción nos permite conocer ciertos datos como son: Módulo de Young: Resulta de dividir la tensión por la deformación unitaria, dentro de la región elástica (diagrama esfuerzo-deformación). Coeficiente de Poisson: es la razón entre alargamiento longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza. Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. Límite de fluencia es la magnitud de la tensión que soporta la probeta al momento de producirse fluencia. Límite elástico: es el valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es la máxima tensión que se puede aplicar sin que se produzcan deformaciones permanentes en el material. Resistencia a tracción: es la resistencia que produce el material antes de que este se rompa. Alargamiento de rotura: Es el valor que se ha alargado el material, se mide en porcentaje. Reducción de área: Resulta ser la diferencia entre la magnitud del área transversal inicial y el área de su sección transversal mínima después de la prueba.

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Gráfica Ingenieril

Grafico 2.1 Grafico general. Esta grafica nos dibuja una curva en la cual se representa al ensayo de tracción en función de la fuerza ejercida, esta grafica nos muestra fácilmente lo que es la fuerza máxima, la fuerza de rotura, la fuerza de fluencia. En el grafico 2.1 se puede observar un punto 1 que nos muestra una recta, esta recta nos indica el módulo de Young o de elasticidad este módulo es propio de cada material y el punto máximo de esta región se llama límite de fluencia. En el grafico 2.1 se puede observar un punto 2 esta es la zona de fluencia y es la deformación de la probeta sin que se incremente la fuerza aplicada. Algo importante es que no todos los materiales tienen este fenómeno. En el grafico 2.1 se puede observar un punto 3 y en este punto se puede conocer que es la deformación plástica y en este punto el material metálico quedara deformado de una forma permanente. En el grafico 2.1 se puede observar un punto 4 este punto se llama de estricción y se resume en la rotura del material metálico y por ello se disminuye la curva tensióndeformación de la gráfica 2.1.

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La forja es un proceso de fabricación de elementos metálicos esta puede realizarse en caliente o en frio ya que la deformación del metal se produce por la aplicación de fuerzas de compresión, es decir fuerzas en el mismo sentido a cada lado del material. La forja es utilizada desde décadas atrás y es un proceso que sirve para dar forma a un material por ejemplo dar la forma de una cuchilla para una espada, la deformación se realiza bajo presión en una maquina como una prensa o por golpes como un martillo, este proceso se caracteriza porque no existe perdida de material es decir la diferencia de volumen es igual a cero. El proceso de forjado tiene aplicaciones para la realización de piezas mecánicas, tornillos, pernos, etc. Existen varios tipos de forja como son: Forja con estampa: Esta utiliza matrices que al cerrarse se forma un agujero con la forma y dimensiones que se quiere obtener de la pieza, se emplea fuerza mediante el uso de una prensa y la pieza va deformándose hasta tener el objeto deseado. Una ventaja importante es que la fabricación es relativamente simples para la realización de objetos complejos.

Figura 2.2 forja con estampa Forjado isotérmico: este se produce cuando la temperatura de los troqueles es superior a la de forja convencional Recalcado: este tipo de forja se puede realizar en frio y consiste en la acumulación de fuerzas en cierta arte de la pieza para cambiar su forma. La laminación es un proceso de conformado metálico en el que se produce laminas como indica claramente su nombre también se llama rolado por el uso extensivo de rodillos, consiste en reducir el espesor de una lámina de metal haciéndolos pasar por un

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o unos rodillos, como característica que debe poseer el material es que debe ser muy maleable en caso de que este vaya perdiendo sus propiedades ha de aplicarse un proceso térmico como por ejemplo el revenido recristalización. El proceso de laminado mecánico puede ser en frio o en caliente, este proceso de laminado tiene aplicaciones tanto para hacer laminas con formas precisas para el uso de máquinas hasta para hacer un papel de aluminio muy fino mediante la utilización de una serie de rodillos secuenciales.

Figura 2.3 Laminado por medio de rodillos (duo).

BIBLIOGRAFIA

Luis Ortiz Berrocal (2007). Resistencia de materiales, Madrid: Ed. McGraw-Hill. Carlos Vila Pastor, Fernando Romero Subirón, Gracia M. Bruscas Bellido y Julio Serrano Mira, “Tecnología Mecánica: Metrología y procesos de conformado de metales sin arranque de viruta.”, Colección “Materials” de la UJI

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