República Bolivariana De Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para La Educación

I.U.P. Santiago Mariño

Escuela 45, sección S

Proceso de conformado

de los metales

Profesor: Bachilleres:

Alcides Càdiz Daniel Espejo

Wilmer Ledezma

Robert Acevedo

Puerto Ordaz, Julio 2013

Prensa mecánica Excéntrica

La prensa mecánica o prensadora es una máquina que acumula energía mediante un volante de inercia y la transmite bien mecánicamente (prensa de revolución total) o neumáticamente (prensa de revolución parcial) a un troquelo matriz mediante un sistema de biela-manivela. Actualmente las prensas de revolución completa (también llamadas de embrague mecánico o de chaveta) están prohibidas por la legislación vigente en toda Europa. La norma que rige estas prensas es la EN-692:2005 transpuesta en España como UNE-EN692:2006 +A1:2009.

La fuerza generada por la prensa varía a lo largo de su recorrido en función del ángulo de aplicación de la fuerza. Cuanto más próximo esté el punto de aplicación al PMI (Punto Muerto Inferior) mayor será la fuerza, siendo en este punto (PMI) teóricamente infinita. Como estándar más aceptado los fabricantes proporcionan como punto de fuerza en la prensa de reducción por engranajes 30º y en las prensas de volante directo 20º del PMI. Ha de tenerse en cuenta que la fuerza total indicada por los fabricantes se refiere a la proporcionada en funcionamiento "golpe a golpe", es decir, embragando y desembragando cada vez, para funcionamiento continuo (embragado permanente) ha de considerarse una reducción de fuerza aproximada del 20%. La necesidad de flexibilizar los procesos y automatizarlos ha hecho que se adopten en estas maquinas los convertidores de frecuencia (variadores de velocidad) y debe tenerse en cuenta que las variaciones de velocidad afectan a la fuerza suministrada. Por tanto una variación de velocidad sobre el estándar del fabricante del 50% significa una disminución de fuerza disponible del 75%.

Prensa troqueleadora

Excentricidad

En matemática y geometría la excentricidad, ε (épsilon) es un parámetro que determina el grado de desviación de una sección cónica con respecto a una circunferencia.

Este es un parámetro importante en la definición de elipse, hipérbola y parábola:

Para cualquier punto perteneciente a una sección cónica, la razón de su distancia a un punto fijo F (foco) y a una recta fija l (directriz) es siempre igual a una constante positiva llamada excentricidad ε.

Diferentes secciones cónicas para diferentes valores de la excentricidad. Nótese que la curvatura disminuye al aumentar la excentricidad.

Prensa hidráulica

Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

Antigua prensa hidráulica.

En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones.[cita requerida] Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.

El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen fuerzas mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.[cita requerida]

Cálculo de la relación de fuerzas

Cuando se aplica una fuerza   sobre el émbolo de menor área   se genera una presión  :

Esquema de fuerzas y áreas de una prensa hidráulica.

Del mismo modo en el segundo émbolo:

Se observa que el líquido esta comunicado, luego por el principio de Pascal, la presión en los dos pistones es la misma, por tanto se cumple que:

Esto es:

y la relación de fuerzas: 

Luego la fuerza resultante de la prensa hidráulica es:

Donde:   = fuerza del émbolo

menor en N, D, KgF gF   = fuerza del émbolo mayor en N, D, KgF gF   =

área del émbolo menor en m2 cm2 in2   = área del émbolo mayor en m2 cm2 in2

Diagrama esfuerzo-deformación

El ensayo normal a la tensión se emplea para obtener varias características y resistencias que son útiles en el diseño.

El uso de los materiales en las obras de ingeniería hace necesario el conocimiento de las propiedades físicas de aquellos, y para conocer estas propiedades es necesario llevar a cabo pruebas que permitan determinarlas. Organismos como la ASTM (American Society for Testing and Materials) en Estados Unidos, o el ICONTEC en Colombia, se encargan de estandarizar las pruebas; es decir, ponerles límites dentro de los cuales es significativo realizarlas, ya que los resultados dependen de la forma y el tamaño de las muestras, la velocidad de aplicación de las cargas, la temperatura y de otras variables.

Todos los materiales metálicos tienen una combinación de comportamiento elástico y plástico en mayor o menor proporción.

Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el  sentido de aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación ocurren simultáneamente en el ensayo, los dos conceptos son completamente distintos.

A escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta como pequeños cambios en el espaciado interatómico y los enlaces interatómicos son estirados. Por consiguiente, la magnitud del módulo de elasticidad representa la resistencia a la separación de los átomos contiguos, es decir, a las fuerzas de enlace interatómicas.A escala atómica, la

deformación plástica corresponde a la rotura de los enlaces entre átomos vecinos más próximos y a la reformación de éstos con nuevos vecinos, ya que un gran número de átomos o moléculas se mueven unos con respecto a otros; al eliminar la tensión no vuelven a sus posiciones originales.

La curva usual Esfuerzo - Deformación (llamada también convencional, tecnológica, de ingeniería o nominal), 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 de diseño en ingeniería.

Para conocer las propiedades de los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. Estos ensayos se clasifican en destructivos y no destructivos. Dentro de los ensayos destructivos, el más importante es el ensayo de tracción.

La curva Esfuerzo real - Deformación real (denominada frecuentemente, 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.

Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la tensión de una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad; E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada por corrimiento paralelo (offset) según la deformación seleccionada OA; U; la resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura.

El punto P recibe el nombre de límite de proporcionalidad (o límite elástico proporcional). Éste es el punto en que la curva comienza primero a desviarse de una línea recta. El punto E se denomina límite de elasticidad (o límite elástico verdadero). No se presentará ninguna deformación permanente en la probeta si la carga se suprime en este punto. Entre P y E eldiagrama no tiene la forma de una recta perfecta aunque el material sea elástico. Por lo tanto, la ley de Hooke, que expresa que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación, se aplica sólo hasta el límite elástico de proporcionalidad.

Muchos materiales alcanzan un estado en el cual la deformación comienza a crecer rápidamente sin que haya un incremento correspondiente en el esfuerzo. Tal punto recibe el nombre de punto de cedencia o punto de fluencia.

  Se define la resistencia de cedencia o fluencia Sy mediante el método de corrimiento paralelo.

El ensayo de tracción consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Para ello se coloca la probeta en una máquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil.

MÁQUINA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN

Se utiliza para determinar el comportamiento de los materiales bajo cargas cuasi-estáticas de tensión y compresión, obteniendo sus gráficos de esfuerzo-deformación y su módulo de elasticidad (módulo de Young). Con esta información podemos determinar que tan elástico o plástico será el comportamiento de un material bajo la acción de una fuerza axial actuando sobre él.

La figura 10 ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias.

Figura 10

Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final Lf (Figura 11) y el diámetro final Df, que nos dará el área

final Af.

Figura 11

Estos parámetros se expresan como porcentaje de reducción de área %RA y porcentaje de alargamiento entre marcas %? L:

% RA=  x 100 % ? L =  x 100.

Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material, que es la capacidad para fluir, es decir, la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la ductilidad. Un material poco dúctil es frágil. La Figura 12  permite visualizar estos dos conceptos gráficamente.

Figura 12

El área bajo la curva fuerza - desplazamiento (F versus ? L) representa la energía disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el material es más tenaz.

A partir de los valores obtenidos en el gráfico Fuerza-Desplazamiento, se puede obtener la curva Esfuerzo-Deformación ? - ? . El esfuerzo ?, que tiene unidades de fuerza partido por área, ha sido definido anteriormente, la deformación unidimensional:

Para estudiar el comportamiento mecánico de los materiales, se recurre a la experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos progresivos y registrando la deformación resultante. Estos datos se expresan en diagramas sl-el como los de la Figura 7, donde toma la forma de curvas similares (en forma) a las obtenidas en los ensayos de succión capilar. En la Figura 7 puede apreciarse un tramo de la curva sl-el donde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. Este comportamiento constituye la ley de Hooke, que aplica solo para pequeñas deformaciones, hasta un límite denominado límite de proporcionalidad, representado en la Figura 7 por el punto a. En este tramo, el comportamiento del material es elástico, esto es, si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente, se recorre el mismo tramo de la curva en sentido contrario, hasta alcanzar el punto de origen donde el esfuerzo y la deformación son nulos. La proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación en el tramo de la ley de Hooke permite definir el módulo de

Young o módulo de elasticidad (E). Este módulo es la constante de proporcionalidad, de manera que:

Donde el módulo de elasticidad E es positivo (?l y ?l son negativos) y presenta las mismas dimensiones que el esfuerzo ya que ?l es adimensional. El valor del módulo de Young es característico para distintos materiales, por lo que puede utilizarse para comparar las características mecánicas de los mismos.

Zona elástica

La zona elástica es la parte donde al retirar la carga el material regresa a su forma y tamaño inicial, en casi toda la zona se presenta una relación lineal entre la tensión y la deformación y tiene aplicación la ley de Hooke. La pendiente en este tramo es el módulo de Young del material. El punto donde la relación entre ? y ? deja de ser lineal se llama límite proporcional. El valor de la tensión en donde termina la zona elástica, se llama límite elástico, y a menudo coincide con el límite proporcional en el caso del acero.

Meseta de fluencia

Región en donde el material se comporta plásticamente; es decir, en la que continúa deformándose bajo una tensión "constante" o, en la que fluctúa un poco alrededor de un valor promedio llamado límite de cedencia o fluencia.

Endurecimiento por deformación

Zona en donde el material retoma tensión para seguir deformándose; va hasta el punto de tensión máxima, llamado por algunos tensión ó resistencia última por ser el último punto útil del gráfico.

Zona de tensión post-máxima

En éste último tramo el material se va poniendo menos tenso hasta el momento de la fractura. La tensión de fractura es llamada también tensión última por ser la última tensión que soportó el material.

FORMA REAL DE LA CURVA TENSIÓN-DEFORMACIÓN

La curva descrita anteriormente se utiliza en ingeniería, pero la forma real de dicha curva es la siguiente:

Aquí no se presenta una relajación de la tensión, pues sigue aumentando hasta la rotura.

Después del punto de carga máxima en el gráfico de ingeniería, comienza a formarse un "cuello" en la probeta; este fenómeno se conoce como estricción.

Esta disminución en el área transversal ocurre por deslizamiento debido a tensión cortante en superficies que forman 45° con el eje de la barra.

Sea una barra de acero al bajo carbono (A-36) sujeta a tensión con sección circular.

Designación

ASTMAcero Formas Usos

Fy min

Ksi

Fumin

tensión ksi

A-36

NOM B-254Al carbono

Perfiles, barras y placas

Puentes, edificios

estructurales en gral. Atornillados,

remachados y soldados

36 e < 8"

32 e > 8"

58 – 80

A-529

NOM B-99Al carbono

Perfiles y placas

e< ½"

Igual al A-36 42 60-85

A-441

NOM B-284

Al magneso, vanadio de alta resistencia y

baja aleación

Perfiles, placas y barras

e < 8"

Igual al A-36

Tanques40-50 60-70

A-572

NOM B

Alta resistencia y baja aleación

Perfiles, placas y barras

e< 6"

Construcciones atornilladas,

remaches. No en puentes

soldados cuando

42-65 60-80

Fy> 55 ksi

A-242

NOM B-282

Alta resistencia, baja aleación y resistente a lacorrosión atmosférica

Perfiles, placas y barras

e< 4"

Construcciones soldadas,

atornillada, técnica especial

de soldadura

42-50 63-70

A-514 Templados y revenidosPlacas

e< 4"

Construcciones soldada

especialmente. No se usa si se requiere gran

ductilidad

90-100100-150

Propiedades mecánicas del acero

Resistencia al desgaste. Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando esta en contacto de fricción con otro material.

Tenacidad. Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras  (resistencia al impacto).

Maquinabilidad. Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

Dureza. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) ó unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre.

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". ej: caso de un resorte o hule al cual le aplicamos una fuerza.

Plasticidad: es aquella propiedad que permite al material soportar una deformación permanente sin fracturarse.

Esfuerzos Cortantes

Si sobre un cuerpo la fuerza se aplica de manera tangente, su deformación se efectúa de la manera que se esquematiza en la figura adjunta.

Se dice que la fuerza es una fuerza cortante pura. La deformación producida viene caracterizada por el ángulo a, tal y como se esquematiza en la figura. La tensión se simboliza por la letra t, y vale:

En el caso de fuerzas cortantes sobre cuerpos elásticos de Hooke, la ley se expresa como: t = G•a

En la que la constante de proporcionalidad (G) entre deformaciones angulares y tensiones se denomina módulo de elasticidad transversal o módulo de tensión cortante. Esta constante o módulo no es independiente del de Young, sino que está relacionado con él según la relación:

De la definición del módulo de Poisson (µ) se deduce: e1 = µ•e0, es decir:

Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe además que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la carga es lo que caracteriza al comportamiento elástico.

La carga límite por encima de la cual ya no se comporta elásticamente es el límite elástico. Al sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre cierta deformación permanente al ser descargado, se dice entonces que ha sufrido deformación plástica.El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo - Deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla. En materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de ruptura son iguales.

La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke  La constante de proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la pendiente del segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede ser interpretado como la rigidez, o sea, la resistencia del material a la deformación elástica. En la deformación plástica la Ley de Hooke deja de tener validez.

Calculo de número de pases de embutidos

DETERMINACION DEL DIAMETRO DEL ELEMENTO A EMBUTIR

La determinación de las dimensiones de la chapa de la que ha de salir el objeto embutido se basa en la igualdad de los volúmenes de material del trozo de chapa inicial y el de la pieza embutida. La importancia de la determinación del desarrollo se basa en tres necesidades

1.    Economía del material

2.    Facilidad de embutición

3.    Reducción del número de útiles.

Los cálculos que se describen en los numerales siguientes son aplicables a cuerpos huecos que tengan forma geométrica regular y con sección circular. Para cuerpos irregulares no siempre se puede realizar un cálculo exacto.

Haciendo la aproximación de que el espesor no varía durante la embutición, será suficiente con encontrar la igualdad entre la superficie de la embutición y la de corte.

DETERMINACION DEL NÚMERO DE EMBUTICION

La determinación del número de operaciones, junto a la del diámetro del disco inicial son dos de las cuestiones más importantes de los procesos de embutición. La necesidad de realizar el embutido en dos o más pasadas viene determinada por la imposibilidad de que el material pueda resistir la elevada tensión radial a que se le somete durante el proceso de embutición debido a la relación existente entre el diámetro inicial del disco y el diámetro del recipiente a embutir.

Las piezas embutidas de gran profundidad, o de forma complicada no pueden ser obtenidas en una sola operación. Estas deben ser deformadas en varias etapas y en matrices diferentes, acercandose progresivamente a la forma definitiva.Cuanto mas pekeño es el diametro del punzon respecto al disco a embutir tanto mayor sera la presion necesaria para el embutido. Para que esta presion no provoque la rotura de la chapa, esta no debe superar los limites de resistencia del material. Los factores mas importantes que influencian la calidad y la dificultad de las embuticiones son:

1.    Caracteristicas del material: propiedasdes, tamaño de grano.

2.    Espesor del material.

3.    Tipo de embuticion: simple doble o triple efecto.

4.    Grado de reducciones.

5.    Geometria de la embuticion.

Para la determinacion de las operaciones por el metodo de coeficientes de reduccion, se parte del cálculo de la chapa plana y se procede a multiplicar

cada nuevo diametro por un factor dependiente del tipo de chapa hasta alcanzar el valor deseado.

En la siguiente figura se ilustra el proceso donde D es el diametro de desarrollo, d1 el diametro de la primera embuticion, d2 el de la segunda etc. Se tiene en consecuencia lo siguiente:

d1 = K1 x D

d2 = K2 x d1

d3 = K2x d2

También es posible calcular el número de pasadas por medio de una grafica, en este método se traza una línea vertical correspondiente al diámetro del disco, luego se irán comprobando los diámetros y las alturas a cada lado de la grafica, hasta hallar el más aproximado a la pieza que se necesita fabricar.

Otra forma de calcular la embuticion es utilizando las siguiente tabla.

USO DE TABLAS DE ESFUERZOS EN MATERIALES A CONFORMAR Y OTRAS VARIABLES DE INTERÉS.

Cualquier material que pueda ser conformado en frio con un cierto radio de doblado, tambien puede ser conformado en una maquina de perfilar. En la siguiente tabla se muestra un Ranking de los materiales con mejores características para ser conformados mediante una maquina perfiladora en frio. Donde 100 significa que el material presenta condiciones excelentes mientras que un “0” cero significa que no puede ser usado en este proceso de conformación.