PROCESOS DE MANUFACTURA II INFORME DE LA PRACTICA DE LABORATORIO TEMA:FORJADOOBJETIVOS Los objetivos que persigue la correcta realizacin de esta prctica son:-Conocer el procesos de conformado de los metales como el forjado determinando sus generalidades, variables involucradas y aplicaciones de cada proceso estudiado.-Realizar el clculo correspondiente para el proceso de forjado y analizar los resultados obtenidos para encontrar la mxima deformacinsegn el radio de la probeta.-Practicar el manejo adecuado de cada una de las partes de la prensa hidrulica. MARCO TEORICO FORJADO El forjado es un proceso de deformacin en el cual el material se comprime entre los dados, usando impacto o presin gradual para formar la parte. Es la operacin ms antigua para formado de metales y se remonta quiz al ao 5000 a.C. En la actualidad el forjado es un proceso industrial importante, mediante el cual se hacen una variedad de componentes de alta resistencia para automviles, vehculos aeroespaciales y otras aplicaciones, la industria del acero y de otros metales bsicos usa el forjado para fijar la forma bsica de grandes componentes que luego se maquinan para lograr su forma final y dimensiones definitivas. Una manera de clasificar las operaciones de forja es mediante la temperatura de trabajo. La mayora de las operaciones de forja se realizan en caliente (por arriba y por debajo de la temperatura de recristalizacin), dada la demanda de deformacin que el proceso requiere y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal de trabajo, sin embargo, el forjado en fro tambin es muy comn para ciertos productos. La ventaja del forjado en fro es la mayor resistencia que adquiere el material, que resulta del endurecimiento por deformacin. En el forjado se aplica la presin por impacto o en forma gradual. La diferencia depende ms del tipo de equipo que de las diferencias en la tecnologa de los procesos. Una mquina de forjado que aplica cargas de impacto se llama martinete de forja, mientras la que aplica presin gradual se llama prensa de forjado. Otra diferencia, entre las operaciones de forjado es el grado en que los dados restringen el flujo del metal de trabajo. Atendiendo a esta clasificacin, hay tres tipos de operaciones de forjado:a) forjado en dado abierto, b) forjado en dado impresor y c) forjado sin rebaba. Forjado en dado abierto El caso ms simple de forjado consiste en comprimir una parte de seccin cilndrica entre dos dados planos, muy semejante a un ensayo de la compresin. Esta operacin de forjado se conoce como recalcado o forjado para recalcar, reduce la altura de material de trabajo e incrementa su dimetro. Deformacin homognea de una parte de trabajo cilndrica bajo condiciones ideales en una operacin de forjado en dado abierto: (1) inicio del proceso con la parte de trabajo a su altura y dimetros originales, (2) compresin parcial y (3) tamao final. Anlisis del Forjado en Dado Abierto Si el forjado en dado abierto se lleva a cabo bajo condiciones ideales, sin friccin entre el material de trabajo y la superficie del dado, ocurre una deformacin homognea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura como se representa en la figura. Bajo condiciones ideales, el esfuerzo real que experimenta el material durante el proceso, se puede determinar por: Donde ho = altura inicial del trabajo, (mm);h = altura de un punto intermedio en el proceso (mm) Al final de la carrera de compresin, h = hf (su valor final) y el esfuerzo real alcanza su mximo valor. Se puede estimar la fuerza para ejecutar el recalcado. Se puede obtener la fuerza requerida para continuar la compresin a una altura dada h durante el proceso, multiplicando el rea correspondiente de la seccin transversal por el esfuerzo de fluencia: Donde F = fuerza, (N); A = rea de la seccin transversal de la parte, (mm2); Yf = esfuerzo de fluencia correspondiente al esfuerzo dado por la ecuacin 3.19, (MPa). El rea A se incrementa continuamente al reducirse la altura h durante la operacin. El esfuerzo de fluencia Yf se incrementa tambin como resultado del endurecimiento por trabajo, excepto cuando el metal es perfectamente plstico (trabajo en caliente). En este caso, el exponente de endurecimiento por deformacin n = 0, y el esfuerzo de fluencia Yf iguala al esfuerzo de fluencia del metal Y. La fuerza alcanza un valor mximo al final de la carrera de forjado, donde el rea y el esfuerzo de fluencia llegan a su valor ms alto. Una operacin real de recalcado no ocurre exactamente como se muestra en la figura 3.16, debido a que la friccin en la superficie de los dados se opone al flujo de metal. Esto crea un efecto de abultamiento en forma de barril, llamado abarrilamiento, que se muestra en la figura 3.17. Cuando se realiza un trabajo en caliente con dados fros, el abarrilamiento es ms pronunciado. Esto se debe a: 1)un coeficiente de friccin ms alto, tpico del trabajo en caliente y 2) la transferencia de calor en la superficie del dado y sus cercanas, lo cual enfra el metal y aumenta su resistencia a la deformacin. El metal ms caliente se encuentra en medio de la parte y fluye ms fcilmente que el metal ms fro de los extremos. El efecto se acenta al aumentar la relacin entre el dimetro y la altura de la parte, debido a la mayor rea de contacto en la interfase dado - material de trabajo. Deformacin cilndrica real de una parte de trabajo en forjado en dado abierto mostrando un abarrilamiento pronunciado: (1) inicio del proceso, (2) deformacin parcial y (3) forma final. Todos estos factores originan que la fuerza de recalcado sea ms grande que la pronosticada por la ecuacin. Podernos aplicar un factor de forma a la ecuacin 3.20 para aproximar los efectos de la friccin y la relacin entre el dimetro y la altura: Kf = factor de forma del forjado, definido como: Donde m = coeficiente de friccin; D = dimetro de la parte de trabajo o cualquier dimensin que represente la longitud de contacto con la superficie, (mm); h = altura de la parte, (mm). Ventajas y desventajas del forjado. Forja en trabajo en caliente: Ventajas: -Las fuerzas requeridas para deformarlo son menores. -El material tiene buena soldabilidad y maquinabilidad. -Se elimina la porosidad del metal. Desventajas: -Existe una rpida oxidacin o escamado de la superficie por lo que no es posible manejar tolerancia estrechas. -Se produce un alto consumo de energtico. Forja en trabajo en fri VentajasMejora el trabajo superficial por lo que puede laminarse hojas muy delgadas. Distorsiona la forma del grano Mejora su exactitud dimensional, lo que implica tolerancias ms estrechas Se logran mayores velocidades de produccin. DesventajasSe requiere aplicar precisiones mayores que en el trabajo en caliente. Se requiere mayor potencia y por consiguiente equipos grandes. Mientras menos dctil sea el metal menos puede trabajarse en fri -Materiales a los que se les aplica el forjado y aplicaciones Materiales a los que se aplica Este proceso puede aplicarse a: Metales puros: aluminio, cobre, titanio y cinc. Aleaciones: acero, de aluminio, de cobre, de magnesio y bronces. AplicacionesLa forja tiene multitud de aplicaciones en distintos campos, algunas de ellas son las siguientes: Bielas, cigeales,ejes,rejas, barandillas,cabezasde tornillos,de pernos, remaches,clavos, etc. -Calidad y costos Lasdimensionesdeunaseriedeforjashechasenundadovaranporlasdiferenciasde comportamiento del material, temperatura, contraccin del dado, mal herrando de las mitades del dadoyagrandamientodelascantidadesconformesedesgastan.Seconsiderabuenauna tolerancia de 0.8 mm (

para forjas pequeas de acero al carbono y puede ser tam amplio como 7 mm (

en todas las direcciones para piezas grandes. Se han mantenido tolerancias de 0.25 mm (0.010 in) y menores en las forjas de precisin en prensas, pero a un costo ms elevado. Lastoleranciassonmsgrandesparalosmaterialesdelaeraespacialmenostrabajables.Estn disponibles tablas de tolerancia comercial para diversos tamaos y clases de forja en los libros de consulta y manual. Muchasforjasseacabanpormaquinadoatoleranciaestrechasydebentenersuficiente materialenexcesoenlassuperficiesquevanamaquinarse.Elmaterialmnimoenexcesoes aproximadamente1.5mm(0.06in)porsuperficieenlasforjaspequeasypuedeserhastade7 mm(

o mas en las piezas grandes. Lasparteshechasporforjastambinpuedenhacersedeotrosmodos.Puederealizarse una forja ms fuertes, ms resistente al impacto, a la fatiga y ms durable que otras formas. Esto sedebeaquepuedehacersecongranodetamaofinoyestructurafibrosaconlamsalta resistencia en la direccin necesaria. Una forja puede proporcionar las propiedades requeridas con menos peso. Se seleccionan otras formas solo cuando pueden servir tambin costo ms bajo. Aun as, las forjas son ms baratas en algunos casos se ilustra en los siguientes prrafos. Las forjas son econmicas en algunos casos porque se tiene que remover menos material de ellas que del material en barras. Los dados son costosos y por lo general eliminan la forja para pequeas cantidades. -Maquinas empleadas en el forjado Las mquinas para forjado consisten principalmente en prensas y martillos lo que se usan para forjado con dado o deformacin plstica por martillo segn sea el proceso. En general se tienen tres tipos de mquinas. - Prensas y martillos mecnicos. - Prensas y martillos neumticos. - Prensas y martillos hidrulicos. Ladecisindeutilizarunouotroradicaenfactorescomofuerzanecesariaaaplicar, frecuencia de golpe o presin y velocidad en la carrera de trabajo. Engeneralsesabequelasprensashidrulicastienenunacarreramslentaperoson capacesdeentregargrandespresinalapiezaaforjar,porelcontrariounamquinaneumtica puede tener gran velocidad por lo queseleprefiere para funciones de martinetedondehay que golpear repetidamente la pieza para irla forjando antes de que sta se enfre. Por su parte las prensas mecnicas son capaces, al igual que las hidrulicas de entregar gran fuerza pero la frecuencia se ve limitada por el desgaste mecnico que sufren naturalmente las piezas. Las mximas frecuencias pueden llegar hasta las 120 s-1 y las cargas mximas a las 2000 o 3000 toneladas. PROCEDIMIENTO-Realizar el clculo de para encontrar la deformacin mxima de la probeta segn elmaterial escomido por el estudiante. -Analizar los resultados obtenidos mediante el clculo. -Obtener la materia prima para la realizacin de la practica. -Prepararla probeta a las dimensiones obtenidas en el clculo. -Realizar el forjado en frio utilizando la prensa hidrulica de 40 toneladas. -Calentar la probeta por medio de la oxiacetilnica. -Efectuar el forjado en caliente utilizando la prensa hidrulica de 40 toneladas. CALCULOS EFECTUADOS CALCULO DE FORJADO volumen constante ecuacion del Ho(ro) Para maximizar una ecuacion su derivada debe ser cero F 20 := Tn 018 , := e 015 , :=f 392280 := NYf 551 58 , := MpAeho h1 ho:=ho hohi 085 ho , := hot ro2ho t r12h1 = ror1ro085 ,:=c ln1085 ,|

\||.:=0c 016 , :=392280 551 58 314159 , ( )ro2085 ,|

\||.12ro085 ,|

\||. 0 18 ,3 085ho , ( )+

(((, := 392280 392280192 42 , ro21 0 + 15roho|

\||. ,

(( := 192192 42 ,015 ro3 ,1015 ro ,1ho:=192 192ho015ro3,192 42 ro2 ,:=rorohodd3 015 , ( ) ro2192 42 ro2 ,( )2ro015ro3,( )+

(192 42 ro2 ,( )2 = ho0 3 192 42 ro2 ,( )2ro2+

(:= 00ho 13 34 , := mm0 577 26 3ro2 2ro2+ , := 0h1 11 34 , := mm0 577 26 ro2 , := 00r1 26 76 , := mmro 24.03 := mm GRAFICAS OBTENIDAS TABLA DE DATOS hor0DoH1R1AsFuerzaFuerza(kg) 10,000,0020,850,000851761,00010,000,00 1,50,000,0051,2750,002893581,00020,010,00 20,010,0131,70,006922561,00040,070,01 2,50,010,0252,1250,013684021,00060,270,03 30,020,0442,550,024000511,00090,850,09 3,50,040,0712,9750,038799411,00122,210,22 40,050,1093,40,059147391,00165,140,52 4,50,080,1593,8250,086294571,002110,951,11 50,110,2244,250,121732381,002721,792,21 5,50,150,3084,6750,167271131,003441,174,17 60,210,4145,10,225146351,004174,667,56 6,50,270,5495,5250,298167511,0051131,0513,26 70,360,7175,950,389931061,0061224,3722,71 7,50,460,9296,3750,505133051,0074377,0238,16 80,601,1966,80,650040971,0090625,3163,29 8,50,771,5337,2250,833228561,01081029,29104,18 90,981,9637,651,066762661,01311690,89171,14 9,51,262,5178,0751,3682041,01592789,24282,31 101,623,2468,51,764157961,01954653,56471,01 10,52,114,2268,9252,296984381,02427925,27802,15 112,805,5919,353,03851681,030513954,141412,36 11,53,797,5839,7754,121135951,039625895,142620,97 125,3510,70610,25,818652011,053552314,975295,04 12,58,1016,20010,6258,80409991,0778122525,0212401,32 1314,0728,14311,0515,29489851,1299387670,4039237,89 13,3424,6249,23711,33926,75903811,22151282778,94129835,92 15-15,54-31,07712,75-16,8891resultados no validos porque no hay radios negativos 0.005.0010.0015.0020.0025.0030.000.00 50000.00100000.00150000.00radio fuerza Fuerza vs radio Fuerza vs radio-20.00-10.000.0010.0020.0030.000 2 4 6 8 10 12 14 16Ro Ho RovsHo 0246810120 5 10 15Deformacion en la altura Deformacion en laalturaDATOSOBTENIDOS Para la realizacin de la practicase decidi escoger el aluminio de alta resistencia para moldes de plsticocon unYf=551.58 Mpa con un porcentaje de deformacin del 15% y coeficiente de friccin de 0,18. Con estos datos iniciales se calculo la altura y el dimetro correspondiente: Realizando un anlisis de los resultados obtenidos no podemos dar cuenta que segn la relacin de la altura y el radio de la probeta, que mientras ms son proporcionales y segn la tabla de datos el para alcanzar la deformacin mxima(en frio) debemos proceder ah realizar la practica con una prensa hidrulica de 120 toneladas esto puede ser porque el aluminio utilizado es de alta resistencia, por este motivo y sabiendo que en el laboratorio se tiene una prensa de 40 toneladas de escogido las medidas para esta fuerza que son Altura: 13.8mm Diametro: 28,8 mm ADECUACION DE LA PROBETA A LAS MEDIDAS ESTABLECIDAS REFRENTADO MATERIA PRIMA Altura:17mm Dimetro: 60mm CILINDRADO ENTRE EJES PROBETA DIMENSIONADA FORJADO EN FRIO MEDIDAS ALTURA: 13.4MM DIAMETRO: 29.05MM FORJADO EN CALIENTE MEDIDAS ALTURA: 7.35 MMM DIAMETRO:39.75 MM ANALISIS Mediante la practica vimos que en el forjado en frio la probeta sufri una pequea deformacin esto se puede afirmar porque para obtener una deformacin mayor es necesaria una mayor fuerza de la prensa por lo expuesto anteriormente. En el ensayo en caliente nos damos cuenta que ocurri una deformacin mayoresto lo provocapor el calentamiento previo el cual causa que lasmolculas que lo forman empiezan a vibrar ms rpido de lo normal y se ensanche por la aplicacin de la fuerza externa, a diferencia del forjado en frio en el forjado en caliente no se puede controlar sus dimensiones porqueno aplicamos a una temperatura controlada. Conclusin La forja es un proceso de fabricacin mecnica que implica energa fuerza precisa y fuerza bruta aplicada mediante la mano del hombre o por maquinarias de alto desempeo. La forja y sus diversos tipos son empleados en reas, materiales y condiciones especficas para la creacin de elementos alternativos y necesarios para las industrias y seres humanos.Se crean elementos ms precisosy de alta calidad de dureza o flexibilidad, el esfuerzo puede ser aplicado rpida o lentamente. El proceso puede realizarse en fro o en caliente, la seleccin de temperatura es decidida por factores como la facilidad y costo que involucre la deformacin, la produccin de piezas con ciertas caractersticas mecnicas o de acabado superficial es un factor de menor importancia. Es importante recalcar que no todos los tipos de forjado son actos para ciertos materiales de all radica la importancia de catalogarlos y conocerlos a ciencia cierta. BIBLIOGRAFIA http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/capitulo3.htm http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-34.pdf KALPAKJIAN, S. SCHMID, S; "Manufactura, ingeniera y Tecnologa"; Prentice Hall, Mxico, 2002 SCHEY, John, "Procesos de Manufactura", Mc Graw Hill, Mxico, 2001 4. [4] BRALLA James Manual de diseo de productos para manufactura, Mac Graw Hill, Mxico CARRERA DEINGENIERIA MECANICA PROCESOS DE MANUFACTURA II SEPTIMO B DEBER INFORME DEL LA PRACTICA DE FORJADO AUTOR: Roberto Chicaiza Diego Carrera DOCENTE: Ing. Byron Criollo. Sangolqu: 06-JUNIO Del 2012