A C F U N A M E D S O S E C O R P Y A Í G O L
LABORATORIO LABORA TORIO N°2 FIORELLA SÁNCHEZ DONGO OSCAR DIAZ HEREDIA GHERSON NUÑEZ PROFESOR: PERLECHE CASTAÑEDA, JORGE MIGUEL SECCIÓN: IN7
GRUPO: !
HORA: MIERCOLES DE 7:!! AM A ":!! AM
C#$%&$'(# ) 2) +) -) /) 0) 7) .) ") !)
INTRODUC INTRODUCCIÓN) CIÓN)))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))) ))))))))) )))))))))) )))))))))))))))) ))))))))))))) ))2 2 OBJETI*OS OBJETI*OS GENERAL GENERAL Y ESPECÍFIC ESPECÍFICO)))) O))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))+ ))))+ DESCRIPCI DESCRIPCIÓN ÓN DEL DEL EUIP EUIPO, O, MÁUINA MÁUINAS S Y MATERI MATERIAL AL UTILIZ UTILIZADO))))))))))))))ADO))))))))))))))PROCEDIM PROCEDIMIENT IENTO))) O)))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) )))))))))))) )). . RESUL RESULTADOS DEL ENSAY ENSAYO)))))))) O))))))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))))))))))) ))))))))))))) " CALCUL CALCULOS))) OS)))))))) ))))))))) ))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))))) )))))))))))))))) )))))))))))) OBSER OBSER* *ACIONES) ACIONES)))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))) ))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))))) )))))))))))))))) ))))))))))))))))))2 ))))))))2 CONCLUSIO CONCLUSIONES) NES)))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))) ))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) ))))))))))))) ))))))))))) )))+ + PREGUNT PREGUNTAS)) AS))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))) )))))))))))))))BIBLIOGRAFIA)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))2.
) INTRODUCCIÓN
La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión. Este proceso de fabricación se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones. ay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de !iruta, con lo que se produce un importante a"orro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado. #na forja contiene básicamente una fragua para calentar los metales $normalmente compuestos de "ierro%, un yunque y un recipiente en el cual se pueden enfriar rápidamente las piezas forjadas para templarlas. Las "erramientas incluyen tenazas para sostener el metal caliente y martillos para golpearlo. En la forja se modela el metal por deformación plástica y es diferente de otros trabajos del metal en los que se elimina parte del material mediante brocas, fresadoras, torno, etc., y de otros procesos por los que se da forma al metal fundido !erti&ndolo dentro de un molde $fundición%. En el presente laboratorio, realizaremos la forja de una pieza metálica con una punta de cincel y la otra una punta piramidal.
2) OBJETI*OS GENERAL Y ESPECÍFICO •
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'prender los conceptos básicos del forjado "aciendo un cincel, de acero de construcción, por el proceso de deformación plástica en caliente. (onocer los equipos, máquinas y "erramientas usadas durante el proceso de forjado. )bser!ar el comportamiento de los materiales en el trabajado en caliente. (onocer los distintos tipos de llama utilizadas para calentar un material. (ontrolar dimensionalmente el proceso de deformación en caliente.
+) DESCRIPCIÓN DEL EUIPO, MÁUINAS Y MATERIAL UTILIZADO a. Fuentes de calentamiento, equipo de oxigas o propano.
b. - Encendedor de chispa.
c. - Cinta métrica.
d. - Vernier.
e.
- Tenazas o pinzas de fora.
f.
- !unque.
g. - Combas.
h. - "rco de
sierra.
i.
- #rensa de banco.
. - $orno o fragua.
%. protecci&n personal.
Equipos de
l. -'egla met(lica graduada
-) PROCEDIMIENTO En la primera sesión se realizó una clase introductoria al proceso de forjado. El profesos nos ense*ó el trabajo a realizar con un modelo y nos dio las dimensiones que se tenían que lograr.
En la segunda sesión se procedió a obtener una !arilla de metal, por lo cual se cogió una barra de metal de marca: +iderperu de -/ de pulgada y de 012 mm de largo. (on la ayuda de la prensa de banco se sujetó la barra entera y usando la sierra de arco se procedió a cortar en la medida marcada.
+e armó el peque*o "orno formado por ladrillos refractarios para calentar la !arilla. ' continuación, se conectó el sistema de calentamiento $soplete% al balón de gas y se encendió con la ayudar de un c"ispero. +e comenzó a calentar un extremo de la !arilla de metal, el cual íbamos a trabajar. +e espera "asta que el metal tengo un color rojo claro - naranja y se retira del "orno con la ayuda de las tenazas, para proceder con el forjado.
+e coloca la pieza, sin soltar las tenazas, sobre el yunque y se procede a golpear con la comba el extremo caliente de la !arilla. Este procedimiento se realiza mediante mo!imientos rápidos del martillo y jalando un poco "acia el exterior al momento de realizar el golpe. +e realiza de un lado y del otro para que el a!ance sea parejo y no "aya deformación dispareja de la !arilla. +e repite este proceso "asta que se alcance las medidas requeridas. En la tercera sesión, se procede a forjar el otro extremo, realizando los mismos procedimientos iniciales $armado de "orno, calentamiento de !arilla, etc%. En este caso se desea obtener una forma piramidal con ángulos de 324 entre cada lado. En este caso, se inicia golpeando la punta para reducirla circularmente. Luego se procede a golpear, girando la !arilla 324 entre cada golpe para que la reducción sea uniforme y para lograr el ángulo requerido.
/) RESULTADOS DEL ENSAYO
0) CALCULOS En el presente informe, los cálculos se encuentran en la presentación de resultados.
7) OBSER*ACIONES •
La intensidad del golpe es importante ya que determinara la !elocidad con la que se deformará la pieza5 mientras más fuerte sea el golpe, más rápido se deformará, pero existe el riesgo de pasarse de las medidas o de da*ar la pieza.
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La protección es necesaria en estos casos ya que pueden desprenderse pedazos de metal al momento de realizar el forjado, quemaduras por altas temperaturas, etc.
•
+e debe controlar las medidas frecuentemente para ir re!isando el a!ance de la pieza.
•
Es necesario limpiar la pieza y el yunque cada !ez que se !uel!e a calentar ya que quedan residuos que pueden marcar la pieza y no obtiene una superficio uniforme.
.) CONCLUSIONES •
6ara poder realizar las formas plana en uno delos extermos del cincel es necesario ejercer una fuerza constante mientras se !a golpeando la barra.
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7olpear la !arilla fría da más dureza y un riesgo de que se quiebre al momento de golpear.
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6ara determinar la temperatura ideal para trabajar el material, se debe obser!ar el color que este !a obteniendo conforme se calienta.
") PREGUNTAS )* +efina cada uno de los siguientes términos. "simismo, colocar describir la ecuaci&n de la le de $oo%e del esfuerzo de fluencia. #ara complementar su respuesta usar gr(ficos. +e eemplos de alores tpicos para algunos metales de E, / n. 0encionar la aplicaci&n pr(ctica de estos conceptos en el proceso de deformaci&n. 1ndicar el sistema de unidades. a. +eformaci&n el(stica, m&dulo de elasticidad 2E* le de $oo%e.
8eformación elástica.9 Es aquella en la que el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le pro!oca la deformación. En este tipo de deformación el sólido !aría su estado tensional y aumenta su energía interna en forma de energía potencial elástica. La deformación no tiene unidades, se suele expresar en . ;ódulo de elasticidad $E%.9 Expresada en $<-m 0% La razón de proporcionalidad entre el esfuerzo $fuerza por unidad de área% y deformación unitaria $deformación por unidad de longitud% está dada por la constante E, denominada módulo de =oung, que es característico de cada material. El módulo de =oung para la plata es de .0> x ?2 ?2 <-m0 y para el níquel 02.@ x ?2 ?2 <-m0.
Ley de ooAe.9 La Ley de ooAe relaciona la deformación B x de una barra sometida a esfuerzo axil, con la tensión normal generada por dic"o esfuerzo C x, mediante la constante E que se denomina módulo de elasticidad lineal o módulo de =oung.
Cx D E Bx
La ley de ooAe es solo aplicable a deformaciones unitarias peque*as, "asta que se alcanza el límite de proporcionalidad. En las cur!as esfuerzo 9 deformación de un material "ay un tramo de comportamiento perfectamente elástico en el que la relación esfuerzo deformación es lineal $punto '%. 8e a"í "asta otro punto F $de límite elástico% el material sigue un comportamiento elástico $sigue "abiendo una relación entre esfuerzo y deformación, aunque no es lineal, y si se retira el esfuerzo se recupera la longitud inicial%. +i se sigue aumentando la carga, el material se deforma rápidamente y si se retira el esfuerzo no se recupera la longitud inicial, quedando una deformación permanente y el cuerpo tiene un comportamiento plástico. +i se sigue aumentando la carga $por encima del punto F%, el material llega "asta un estado en el que se rompe $6unto (%.
b. +eformaci&n pl(stica, coeficiente de resistencia 2/*, exponente por endurecimiento 2n* esfuerzo de fluo o fluencia 2! f *.
8eformación plástica.9 Es aquella en la que el cuerpo no recupera su forma original al retirar la fuerza que le pro!oca la deformación. En los materiales metálicos, la deformación plástica ocurre mediante la formación y mo!imiento de dislocaciones. #n mecanismo de deformación secundario es el maclado $formación de maclas%. Estos mecanismos de deformación plástica $maclas y dislocaciones% se acti!an cuando la tensión aplicada superan a la tensión de fluencia del material. Es decir, en un ensayo de tracción, a la tensión de fluencia finaliza la zona de deformación elástica y comienza la zona de deformación plástica $la tensión deja de ser proporcional a la deformación%. (oeficiente de resistencia $G%.9 Expresada en ;6a. +e utiliza el G para representar la cur!a esfuerzo9deformación, donde A forma parte de la ecuación: C D G Bn
Exponente por endurecimiento $n%.9 la pendiente de la cur!a esfuerzo9 deformación es igual a la exponente n ;ientras más ele!ada sea la pendiente, mayor será la capacidad de endurecimiento por deformación del material, esto es, más fuerte y más duro se con!ertirá conforme es deformado. 'lgunos !alores que toma n son de 2.02 en el aluminio ??229) y 2.1@ en el cobre recocido. Esfuerzo de flujo o fluencia $=f%.9 Expresado en ;6a. La cur!a de fluencia describe la relación esfuerzo9deformación en la región donde tiene lugar el formado del metal. Hambi&n indica el esfuerzo de fluencia del metal, la propiedad de resistencia que determina las fuerzas y la potencia requerida para realizar una operación particular de formado. El esfuerzo de fluencia se define como el !alor instantáneo del esfuerzo requerido para continuar la deformación del material o mantener Ifluyendo/ al metal. El esfuerzo de fluencia del acero ?2@1 es de ?2 ;6a.
=fDGe n
8onde: GD coeficiente de resistencia nD Exponente de endurecimiento por deformación.
3* +efina cada uno de los siguientes términos. #ara complementar su respuesta use gr(ficos. +ar eemplos de alores tpicos para algunos metales. 0encionar la aplicaci&n pr(ctica de estos conceptos en el proceso de deformaci&n. 1ndicar el sistema de unidades.
a. 'esistencia a la cedencia.- es la elongación permanente de un componente bajo una carga estática mantenida durante un cierto periodo de tiempo. Este fenómeno de los metales y ciertos materiales no metálicos puede ocurrir a cualquier temperatura. b. 'esistencia m(xima a la tensi&n.- tensión necesaria para pro!ocar una fractura.
c. +uctilidad 2definici&n como se calcula*.- cantidad de deformación plástica que sufre el material antes de su fractura. Existen 0 medidas: La elongación total
Jeducción de área
d. Tenacidad.- $expresada en ;6a x m K% propiedad que mide la resistencia del material a la fractura frágil cuando una grieta esta presente. 4* Con la auda de un gr(fico, explique cu(les son los efectos de la temperatura sobre las propiedades mec(nicas de un acero al carbono. Es decir, graficar explicar c&mo ara el m&dulo de elasticidad, la resistencia a la cedencia, la resistencia m(xima a la tensi&n la ductilidad del acero al carbono si se ara la temperatura de trabao.
(uando la H, la cur!a esfuerzo9deformación empieza a !ol!erse no lineal eliminando gradualmente el punto de fluencia. El módulo de elasticidad, el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo de tensión son reducidos cuando se incrementa la temperatura. En el rango de @2( y 1@2( es donde la !elocidad de la tasa de crecimiento es mayor. 'ceros con porcentaje de carbono relati!amente altos ex"iben maduración por deformación en el rango de ?12( a >2( por lo que se presenta un relati!o aumento en el esfuerzo de fluencia y en el esfuerzo a la tensión. La maduración por deformación bajo altas temperaturas reduce considerablemente la capacidad de ductilidad del acero. El módulo de elasticidad decrece moderadamente arriba de los 1@2(, de a"í en adelante decrece rápidamente.
5* 67ué es el endurecimiento por deformaci&n a que se debe8
Es el fenómeno por medio del cual un metal dMctil se !uel!e más duro y resistente a medida es deformado plásticamente. 7eneralmente, tambi&n se le llama trabajo en frío, debido a que la deformación se da a una temperatura Ifría/ relati!a a la temperatura de fusión absoluta del metal.
9* +esarrolle explique detalladamente las entaas desentaas del trabaado en caliente trabao en fro.
El formado en frio o generalmente conocido como trabajo en frio es la manera en que se emplea un metal a temperatura ambiente o temperaturas muy cercanas a los 0>(. 'quí presentamos algunas !entajas y des!entajas: Ventaas :
9 9 9 9
'cabado de superficie mejorado. Fajo costos de "ornos y combustibles debido a las temperaturas ambientales de trabajo. 'lta !elocidad de producción. ;ayor precisión cumpliendo las tolerancias. +esentaas:
9 9 9
Nnspeccionar constantemente la suciedad y las impurezas dejadas en el trabajo del forjado. El trabajo del metal se limita por la ductilidad y el endurecimiento "aciendo que la cantidad de formado sea menor. +e necesita mayor esfuerzo para realizar esta acti!idad.
El formado en frio o generalmente conocido como trabajo en frio, esta asociado a la acti!idad realizada por encima de la temperatura de recristalización, la cual es próxima a la mitad del punto de fusión en la escala absoluta. Ventaas :
9 9 9 9
9 9 9
La precisión de las dimensiones es más baja y se requiere más energía. El acabado de la superficie es muy irregular. La !ida Mtil de los productos es muy bajo.
;* 67ué tipos de m(quina de forado se usa en la industria8 1ndique las caractersticas diferencias entre ellas.
Fora $orizontal: 9 9
Jequiere menos energía en comparación a otros pocesos de forja +e alimenta de barras de acero calentado por inducción (orta duración de contacto entre el dado y el material utilizado Elimina la !ibración en la maquina durante el proceso
). 3. 4. 5. 9. ;. =. >.
Fora de ?aminado:
9 9 9
6roductos de buen acabado $superficie% Hrabaja material en caliente #sado comMnmente para producir muc"as "erramientas y piezas $palancas, "ojas de cuc"illo, cinceles, extremos de muelles, etc.%
Fora con #rensa:
9 9 9
)peración "idráulica y mecánica Jango de operación : @ 32 ;< 'cción lenta de compresión deformando el material en estado plástico
=* +efina el forado isotérmico, entaas, usos, materiales en los que se usa.
En este tipo de forjado se eliminan los gradientes t&rmicos y el enfriamiento superficial de una pieza trabajada, algunos metales como los son los aceros que poseen alta aleación, aleaciones de titanio y de níquel representan a un grupo peque*o de metales que tienen buena dureza en caliente, es por esto que se pueden usar en altas temperaturas. +in embargo presentan una des!entaja en la cual durante el proceso de forjado los metales calientes entran en contacto con las "erramientas de deformado que presentan temperaturas más bajas generando mayores resistencias en las regiones de contacto. 9
*&$%113: •
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• •
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>* 6Cu(les son las entaas desentaas de usar un lubricante en el forado8 1ndique dos lubricantes que se usan en el forado en fro caliente respectiamente.
El uso de lubricantes durante el forjado es muy importante ya que se comporta como una capa t&rmica entre el material forjado y los dados que se encuentran generalmente a temperatura ambiente, además influyen en la fricción y disminuyen el desgaste debido a las fuerzas externas que se aplican al material. 6or otro lado, un lubricante se comporta como agente de desprendimiento para impedir que el material forjado se aglomere y ad"iera a los dados. 9 Oorjado en frío: se utiliza grafito, ;o+ 0, !idrio, etc. 9 Oorjado en caliente: se utiliza jabones y aceites minerales @* 6C&mo se puede saber si una pieza est( forada o fue fundida8 Explique las caractersticas que usted inestigara.
#ara descubrir si el material fue procesado por fundici&n o fora, deberan analizarse las siguientes caractersticas:
+uperficie, si el material es áspero o grueso y granuloso entonces fue elaborado mediante una forja. (ontacto mecánico, a tra!&s de ligeros golpes en un material se puede reconocer mediante el sonido. +i tiene una tonalidad más alta el material fue trabajado mediante una fundición.
)A*Bna pieza de trabao cilndrica s&lida de aluminio ))AA- tiene )9A mm 2; pulg* de di(metro )AA mm 25 pulg* de altura. Du altura se reduce en 9A, a temperatura ambiente, mediante forado en dado abierto con dados planos. Duponga que ! f )5A 0#a 2esfuerzo de fluo del material* G A,)A 2coeficiente de fricci&n entre la pieza de trabao el dado*. +ar la respuesta en las siguientes unidades: 0H, libras toneladas. Di=150 mm
hi=100 mm
h f =50 mm
'esoluci&n: I$allamos el radio final a partir de la igualaci&n del olumen del cilindro antes después del forado: 2
2
π × r i × hi= π ×r f ×h f 2
75
r f =106 mm
2
× 100=r f × 50
ICalculamos la fuerza del forado 2las unidades deben estar en H m* mediante la siguiente f&rmula: 2
F =Y f × π × r × ( 1+ 6
2 μr 3h
) 2
F =140 × 10 × π × 0.106 ×( 1+
2 × 0.1 × 0.106 3 × 0.050
F =5.64 MN
6
F =5.64 × 10 M ×
1 lb
5
=12.68 × 10 lb
4.4482 N
)
5
F =12.68 × 10 lb ×
!)
1 ton 2200 lb
=576.36 ton
BIBLIOGRAFIA
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