UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE MEDELLÍN

FACULTAD DE MINAS2014

TRABAJO NUMÉRICO – EXPERIMENTAL

SIMULACIÓN PROCESO DE FORJA DE UNA POLEA ESCALONADA

Mateo Gilmggilm@unal.edu.co

Walter Marínwdmarin@unal.edu.co

Fernando Rubiofrubiog@unal.edu.co

Estudiantes de Ingeniería Mecánica

Asignatura:Procesos de Manufactura en Metalmecánica

Profesora:Diana María López Ochoa

INTRODUCCIÓN:

Con base en el en Trabajo Teórico se procederá a hacer un análisis experimental simulando el proceso de forja de la polea escalonada. Para ello se fabricaron los modelos de los moldes a escala 1:2 en nylon por medio de una fresa CNC y el modelo de la polea escalonada se obtuvo a partir de estos moldes y una preforma de plastilina con capas de diferentes colores para apreciar el flujo del material.

Figura 1. Plano de la polea escalonada

La preforma seleccionada en el trabajo teórico fue descartada por dos razones, el modelado a escala y los posibles problemas de flujo de material dados los cambios de sección. Es por esto que se pondrán a prueba 2 preformas para establecer cuál podría ser más efectiva.

Figura 2. Molde macho para la simulación.

.Figura 3. Molde hembra para la simulación.

Para tratar de garantizar la alineación entre el macho y la hembra se diseñó un sistema de guías lubricadas y para evitar que el material se adhiera al molde se usó una bolsa plástica, ver Figura 3.

Figura 4. Sistema de guías lineales lubricadas.

Conservando el volumen constante se calcularon 2 preformas para evaluar cuál de las dos tiene mejor comportamiento bajo las mismas condiciones de deformación. Ambas preformas fueron obtenidas a partir de discos de diferentes colores con 3mm de espesor aproximadamente.

Figura 5. Diseño de la preforma 1.

Figura 6. Preforma 1.

Figura 7. Diseño de la preforma 2.

Figura 8. Preforma 2.

Luego de evaluar la efectividad de ambas preformas aplicando presión al molde por medio de una prensa y utilizando bolsa plástica en las superficies de contacto se obtuvieron los siguientes resultados:

- Usando la preforma 1 (ver Figura 8) hay llenado incompleto de las cavidades y los radios de redondeo son demasiado pequeños y por esto se evidencia problemas en el flujo de material.

- Usando la preforma 2 (ver Figura 9) se observa que también hay problemas con el flujo de material debido a los redondeos de las aristas del molde.

Figura 9. Simulación física usando la preforma 1.

Figura 10. Simulación física usando la preforma 2.

Se concluye que se necesita mejorar los redondeos tanto del macho como de la hembra para poder facilitar el flujo de material. En cuanto a la forma del modelo se observa que en la parte superior de éste con la preforma usada en la Figura 8 la geometría se acerca más a la geometría final de la polea escalonada. Por lo tanto se empieza a sospechar que es mejor usar la preforma 1.Es por esto que luego de aumentar los radios de redondeo de aristas (ver Figura 10) se repetirá el procedimiento y se evaluarán los resultados.

Figura 11. Aumento de los radios de redondeo de aristas en el molde.

Para poder apreciar mejor el comportamiento del flujo del material en los redondeos se reducirá el espesor de cada capa para poder tener más capas de plastilina de diferente color pero conservando la misma geometría final de la preforma en ambos casos.Al repetir el procedimiento se tiene que:

- El flujo de material usando la misma geometría de la preforma 1 (ver Figura 11) mejora considerablemente, llenando por completo las cavidades del molde y minimizando los defectos señalados en la Figura 8.

- El flujo de material usando la misma geometría de la preforma 2 (ver figura 12) no muestra mejoría significativa y se puede ver que la geometría sigue distando de la geometría final de la polea escalonada.

Figura 12. Segunda simulación usando la misma geometría de la preforma 1.

Figura 13. Segunda simulación usando la misma geometría de la preforma 2.

La simulación física también se realizó con cilindros concéntricos conservando la misma geometría de la preforma 1.

Figura 14. Preforma con cilindros concéntricos.

Figura 15. Modelo utilizando la preforma de cilindros concéntricos.

Podemos concluir que la preforma 1 es la más adecuada para hacer la simulación física. Sin embargo sería preferible trabajar con redondeos mucho más grandes para facilitar el flujo del material. En este caso particular como se está trabajando a escala y dado que la polea tiene tres secciones planas no es conveniente hacer redondeos más grandes porque limita el área de contacto con la banda.

DEFORMACION:

La deformación calculada de la preforma luego de obtener la pieza final y la deformación ingenieril son:

Por lo que la deformación ingenieril es menor al 60%, se espera un buen comportamiento delmaterial a compresión, por lo que se trabajara con ε=0.34 y σ= 25000psi a una temperatura de 1900F(1037°C)

SIMULACION NUMERICA:Con los datos de material tanto de la preforma como del herramental, deformacion, esfuerzo, nos disponemos a realizar la simulacion numerica. Dicha simulacion se realizara con el programa Autodesk Multiphysics Simulation version estudiante 2013. A continuacion se mustras las diferentes etapas de la deformacion desde la preforma hasta alcanzar el llenado del molde por completo. Comenzando por exportar el emsamble hembra, macho y preforma desde Autodesk Inventor version estudiante 2014, se le realiza el enmallado al ensamble con un valor de 6 mm, de poderse se debera seleccionar el enmallado lo más pequeño posible para un mejor detalle siempre que los equipos utilizados lo permitan.

Figura 16. Enmallado del ensamble hembra, macho y preforma en la posición final

Figura 17. Paso 5

Figura 18. Paso 10

Figura 19. Paso 15

Figura 20. Paso 20

Figura 21. Paso 25

Figura 22. Paso 30

Como se ve en los diferentes pasos del proceso, la preforma alcanza a distribuirse por todo el molde de manera uniforme tal y como observamos en las últimas pruebas físicas.

Bibliografía:[1] S. Kalpakjian y S. R. Schmid, Manufactura, ingeniería y tecnología, Cuarta ed., México:

Pearson Educación, 2002, p. 1176. [2]T. Altan, S.-l. Oh y H. L. Gegel, Metal Forming Fundamentals and Aplications, 1994.