Universidad de Santiago de Chile. Departamento de Ingeniería Mecánica
[Ensayo Erichsen] Experiencia E05
Shamir Hadad 30/07/2018
1
Índice 1.
Resumen: .............................................................................................................................................................................. 2
2.
Introducción:....................................................................................................................................................................... 2
3.
Objetivos: .............................................................................................................................................................................. 2
4.
Materiales e instrumentos utilizados: ...................................................................................................................... 2
5.
Metodología y montaje: .................................................................................................................................................. 3
6.
Resultados:........................................................................................................................................................................... 4
7.
Conclusiones y comentarios: ........................................................................................................................................ 6
8.
Bibliografía........................................................................................................................................................................... 7
Índice de gráficos, tablas e ilustraciones Tabla 6.1: Resultados ensayo Erichsen.............................................................................................................................. 4 Tabla 6.2: Índice Erichsen promedio para cada material........................................................................................... 5 Gráfico 6.1: Índice Erichsen vs Probeta. ............................................................................................................................ 4 Gráfico 6.2: Índice Erichsen promedio para cada material. ...................................................................................... 5 Gráfico 6.3: Gráfica que relaciona el índice de Erichsen con el espesor de la probeta................................... 6 Ilustración 5.1: Esquema de la matriz de Erichsen. ...................................................................................................... 3 Ilustración 5.2: Esquema de las etapas básicas del ensayo Erichsen. ................................................................... 3 Ilustración 6.1: Probeta de aluminio con falla por desgarro en ensayo Erichsen............................................ 5
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1. Resumen: Se realiza Ensayo Erichsen a probetas de 4 materiales distintos, con el fin de cuantizar la capacidad de cada material para ser embutido (h e). Se obtiene que el acero SAE 1020, cobre y latón presentan ductilidad media, mientras el aluminio presenta ductilidad baja. Además se establece una relación entre el crecimiento de la ductilidad del acero y el aumento del grosor de la chapa.
2. Introducción: El Ensayo Erichsen es un ensayo destructivo de embutición. Mediante este ensayo, una pieza de chapa, sujeta únicamente en su periferia, es deformada plásticamente por un punzón esférico de 20 mm. Su fin es evaluar la capacidad de las chapas para ser embutidas. Es un test sencillo, rápido, de bajo costo y probetas fáciles de fabricar, lo que lo hace ideal para procesos de control y aceptación de material.
3. Objetivos: Objetivo General:
Familiarizar al alumno con ensayos mecánicos destinados a controlar la calidad de la plancha metálica destinada a embutidos. Objetivo Específico:
Determinar la aptitud de planchas metálicas para embutidos profundos, mediante el Ensayo Erichsen.
4. Materiales e instrumentos utilizados:
Prensa tipo balancín. Profundímetro. Pie de metro. Matriz. Set de 5 probetas para cada material (acero SAE 1020, latón, aluminio y cobre).
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5. Metodología y montaje: I. II.
Se utiliza el Pie de Metro para medir el espesor de la probeta. Se prepara la prensa con lo necesario para realizar el ensayo Erichsen, según indica la Ilustración 5.1: Esquema de la matriz de Erichsen.
Ilustración 5.1: Esquema de la matriz de Erichsen.
III.
Para cada probeta de cada material, se realiza el siguiente proceso: i. Se sitúa la probeta en la matriz. ii. Se fija la probeta ajustando el aprieta-chapa de forma que no quede lo suficientemente apretada para realizar el proceso de embutido. iii. Se aplica carga axial al punzón hasta que se aprecie una grieta por desgarro en la probeta. iv. Utilizando un Profundímetro, se mide la profundidad alcanzada por el punzón.
Ilustración 5.2: Esquema de las etapas básicas del ensayo Erichsen: sujeción de la chapa (1), avance del punzón (2) y primer defecto (3).
4
6. Resultados: Al realizar ensayo Erichsen a cada una de las probetas, los resultados obtenidos son los siguientes: Tabla 6.1: Resultados ensayo Erichsen.
Profundidad – Índice de Erichsen (he) [mm] Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5 Desviación Estándar
Acero
Latón
Aluminio
Cobre
11,7
9,8
7,3
9,6
10,9
9,3
8,4
9,4
11,2
9,5
6,7
9,6
11,1
9,3
7,6
9,5
11,3
9,1
7,5
9,4
0,30
0,26
0,61
0,10
Espesor [mm] Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5
1,10
1,05
1,10
1,00
1,05
1,05
1,00
1,10
1,05
1,00
1,20
1,05
1,05
1,00
1,00
1,10
1,10
1,00
1,05
1,10
Ensayo Erichsen 14 12
] n m 10 e s m h [ c ) 8 i r d a E d 6 e i d d 4 e n u c f i d o 2 n r p Í (
Acero [mm] Latón [mm] Aluminio [mm] Cobre [mm]
0
0
1
2
3
4
Número de Probeta Gráfico 6.1: Índice Erichsen vs Probeta.
5
6
5
Ilustración 6.1: Probeta de aluminio con falla por desgarro en ensayo Erichsen.
Con el fin de obtener un único valor para cada material, se calcula el h e promedio: Tabla 6.2: Índice Erichsen promedio para cada material.
Acero Profundidad Promedio 11,24 [mm] Ductilidad Mediana
Latón
Aluminio
Cobre
9,4
7,5
9,5
Mediana
Baja
Mediana
Índice Erichsen Promedio Acero
Latón
Aluminio
Cobre
12 ] 10 m m [ 8 n e s h 6 c i r E e 4 c i d n Í 2
11,24
9,5
9,4
0 Gráfico 6.2: Índice Erichsen promedio para cada material.
7,5
6 Con el fin de relacionar el índice Erichsen con la ductilidad de cada material, la norma establece el siguiente criterio: baja ductilidad para h e hasta 9 mm, mediana ductilidad para h e entre 9 y 12 mm, y alta ductilidad para he superiores a 12 mm. Tomando esto en cuenta, se puede graficar la relación que existe entre la ductilidad y el espesor de la probeta. 16 15 14
] m m 13 [ ) e 12 h ( n e 11 s h c i r E 10 e c i d 9 n Í
Acero Latón Aluminio Cobre
8 7 6 0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
Espesor de la lámina [mm] Gráfico 6.3: Gráfica que relaciona el índice de Erichsen con el espesor de la probeta.
7. Conclusiones y comentarios: Comenzar indicando que para realizar un análisis más completo, lo más adecuado hubiese sido contar con probetas para cada grosor distinto en cada uno de los materiales a analizar, así, las conclusiones que pudieren obtenerse con respecto a la relación entre el índice Erichsen y el espesor de la lámina, estarían respaldadas por más datos. Sin embargo, los datos con los que se cuenta parecen ser suficientes para obtener ciertas conclusiones (con respecto a este tema), que serán mencionadas más adelante. Analizando los datos de la Tabla 6.1: se puede observar una baja desviación estándar para los ensayos realizados a todos los materiales, salvo para el aluminio, donde se dispara a 0.6. Esto nos indica que el índice Erichsen promedio que pueda obtenerse para el aluminio estará ligeramente más desviado que el de los otros materiales. Probablemente esto se deba a error humano durante la realización del ensayo. Para efectos de este informe, esto se considerará despreciable. Para catalogar la ductilidad de cada material se utiliza el índice Erichsen promedio, de esta forma quedarán el latón, el cobre y el acero con una ductilidad media; mientras el aluminio presenta baja
7 ductilidad. Esto corresponde con lo que se puede deducir de cada material a partir de su resistencia a la tracción: cobre, latón y acero presentan valores similares (200, 196 y 262 MPa. correspondientemente), mientras el aluminio baja a 69 MPa. Así, tanto cobre como latón o acero resistirán más carga que el aluminio (durante una deformación plástica) antes de una fractura. (William D. Callister, 1996). Al observar el Gráfico 6.3 llama la atención que para el acero, al aumentar el espesor de la plancha, se puede aumentar el estiramiento antes de que se produzca una falla por desgarro, mientras que el aluminio muestra todo lo contrario, pues la plancha con espesor 1.2 mm. se desgarró a los 6.7 mm. de penetración del punzón; mientras la probeta con 1 mm. de espesor lo hizo a los 8 mm. en promedio. Latón y cobre presentan valores muy similares, llegando a superponer sus rectas en el Gráfico 6.1. Considerando que existen diversos tipos de aleaciones de latón, en general, el porcentaje de zinc en la aleación disminuye la ductilidad del material, por lo que los mejores latones para procesos de transformación en frío son aquellos que presentan más de 63% de cobre; esto hace suponer que el material con el que se fabricaron las probetas presentan bajo porcentaje de zinc, pues sus propiedades mecánicas muy similares a las del cobre. (Pozo, 2011). En la literatura se encontró cierto rechazo a este ensayo, pues se menciona que no existe relación precisa entre el h e obtenido (para un material y espesor específico) y la formabilidad (de la misma dupla) en condiciones de producción diferentes. Otro factor que es mencionado es la baja precisión del ensayo debido al pequeño tamaño de las piezas, por esto mismo el grosor de las láminas afecta significativamente al estiramiento del material. Además se menciona que la fricción entre la chapa y el punzón influye en los resultados del ensayo. (Altan, 2012).
8. Bibliografía Altan, T. (2012). Sheet Metal Forming - Fundamentals. Dimec Usach. (2002). Guía de Laboratorio "Ensayo Erichsen". Recuperado el 28 de julio de 2018 Pozo, E. P. (2011). Caracterización del Latón. Recuperado el 30 de Julio de 2018, de http://www.revistasbolivianas.org.bo/pdf/rmuto/n30/n30_a08.pdf William D. Callister, J. (1996). Ciencia e Ingeniería de los materiales. Utah: Reverté, S.a.
