Laboratorio 2 FORJA Terminado

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INTEGRANTES: Robles Montes Diego Ruiz Sánchez Dalushka Tolentino Camarena Rogger Estrella Prado, Oscar SECCIÓN: IN71 FECHA DE REALIZACIÓN: PROFESOR: Tello Suárez Ernesto 1 LABORATORIO N° 2: “DEFORMACIÓN PLÁSTICA FORJADO”

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LABORATORIO N 2: DEFORMACIN PLSTICA FORJADO

INTEGRANTES:

Robles Montes DiegoRuiz Snchez DalushkaTolentino Camarena RoggerEstrella Prado, Oscar

SECCIN:IN71

FECHA DE REALIZACIN:

PROFESOR:Tello Surez Ernesto

1. INTRODUCCIN

Uno de los procesos ms antiguos entre los procesos de manufactura es el de forjado. Este proceso de fabricacin fue muy utilizado en la edad media para la fabricacin de espadas, hachas, armaduras y diversas herramientas. Hoy en da, an es muy utilizado. Una forja contiene bsicamente una fragua para calentar los metales (normalmente compuestos de hierro), un yunque y un recipiente en el cual se pueden enfriar rpidamente las piezas forjadas para templarlas. Las herramientas incluyen tenazas para coger el hierro caliente y martillos para golpear el metal caliente.En la forja se modela el metal por deformacin plstica y es diferente de otros trabajos del hierro en los que se retira o elimina parte del material mediante brocas, fresadoras, torno, etc., y de otros procesos por los que se da forma al metal fundido vertindolo dentro de un molde (fundicin).El forjado permite la fabricacin de piezas de alta resistencia que se utilizan en diferentes mercados. Este proceso permite la fabricacin a gran escala, ya que presenta menos costos variables que los procesos de fundicin o maquinado que son utilizados para la produccin de volmenes pequeos, por lo que son ms rentables para grandes volmenes de produccin.En el presente informe de laboratorio, se explicara de manera escrita lo realizado en la prctica. Para ello mostraremos como a partir de un pedazo de fierro se obtendr un cincel con doble punta. En uno de los extremos se tendr una punta plana que se utiliza para eliminar imperfecciones de superficies, y en el otro extremo se moldeara el metal para obtener una punta piramidal.

2. OBJETIVOS

Objetivo general

Hacer un cincel, de acero de construccin, por el proceso de deformacin plstica en caliente.

Objetivos especficos:

Aplicar los conocimientos tericos de plasticidad de los metales para la fabricacin de un producto. Conocer los equipos, mquinas y herramientas usadas durante el proceso de forjado. Observar el comportamiento de los materiales en el trabajado en caliente. Conocer los distintos tipos de llama utilizadas para calentar un material. Controlar dimensionalmente el proceso de deformacin en caliente.

3. DESCRIPCIN DEL EQUIPO, MQUINAS Y MATERIAL UTILIZADO

-Fuentes de calentamiento, equipo de oxigas o propano.

- Encendedor de chispa.

- Cinta mtrica.

- Vernier.

- Tenazas o pinzas de forja.

- Yunque.

- Combas.

- Arco de sierra.

- Prensa de banco.

- Horno o fragua.

- Equipos de proteccin personal.

-Regla metlica graduada

4. PROCEDIMIENTOPrimera sesinClase introductoria sobre el tema del forjado por parte del profesor. Adems, se observ el cincel ya elaborado como modo de gua para poder tener el producto final ya en mente.Se brind un rango de medidas que debe tener el cincel a producir.

Segunda sesinSe procedi a obtener una varilla de metal, por lo cual se cogi una barra de metal de pulgada, se midi y marco bajo las medidas ya indicadas.Con la ayuda de la prensa de banco se sujet la barra entera y usando la sierra de arco se procedi a cortar en la medida marcada (longitud de 25 centmetros) obteniendo nuestra varilla.La varilla es llevada al horno formada de ladrillos refractarios para proceder a calentarlo. Para esto, es necesario la ayuda de una fuente de calentamiento, en este caso usaremos el equipo de oxigas y propano. Adems, para poder prender el soplete se usar un mechero.A continuacin, se empieza a calentar un extremo de la varilla de metal. Cuando el metal llega a tener un tono de color al rojo vivo sabemos que ha llegado a la temperatura adecuada para el forjado. Se procede a retirar la varilla de metal con la ayuda de una tenaza de metal sujetndola del extremo no calentado.Inmediatamente luego de retirarlo del horno la varilla es llevada a la zona con yunques, previamente preparada, y es colocado encima del yunque sin soltar de la tenaza.Otro integrante procede a dar golpes con la ayuda de la comba al extremo calentado de la varilla. Este procedimiento requiere de fuerza y riguroso cuidado para poder obtener las medidas adecuadas y no deformar la varilla. El procedimiento consiste en dar golpes a un lado y luego al otro para emparejarlo. De similar manera a los lados para qu tome la forma de cincel el proceso de golpear debe durar como mximo 1 minuto ya que despus de esto la varilla se habr enfriado y se podr deformar correctamente. Luego se procede a tomar medidas de la deformacin de la varilla. El proceso es cclico, calentamiento, retirado, dar golpes y tomar medidas.Se deja enfriar las varillas, en medio ambiente para poder manipularlas y se termina la primera sesin.Tercera sesinCon nuestra misma varilla de la anterior sesin, se proceder a forjar en la parte no trabajada. Este extremo deber a tener un tronco piramidal. En otra palabra, se debe tener 4 superficies y todas ellas deben tener aristas vivas que consiste en tener dos lados con 90Como la anterior sesin, se coloca la varilla en el horno de ladrillo refractario y su respectivo calentamiento hasta llegar a la temperatura adecuada. Se retira y se lleva a la zona con yunques. Se procede a dar golpes con la comba mientras el que sostiene la varilla con la tenaza ir dando vueltas segn se vaya avanzando con el fin de ayudar a dar forma cuadrada a la superficie. Pasando un tiempo de 1 minuto se procede a medir los cambios en el extremo de la varilla y otra vez es llevado al horno para otro calentamiento. Como la anterior sesin el proceso es cclico. Llegando a las medidas acordadas se deja enfriar al aire libre.Cabe recalcar, que todas las actividades del laboratorio se realizaron con los instrumentos de seguridad adecuados. El proceso de calentado en horno se us lentes, caretas, guarda polvo y guantes para la proteccin del alumno. Para las dems actividades todos usaron lentes, guarda polvo y guantes de proteccin.

5. CLCULOS Y RESULTADOS DEL ENSAYO

Los resultados obtenidos para el primer extremo elaborado son los siguientes.# colT.calentamientoT.forjadoT.TotalEspesor

09.50 mm

117 segundos9.30 mm

22:32 min20 segundos2:52 min7.30 mm

31:52 min15 segundos2:07 min4.90 mm

41:35 min11 segundos1:46 min4.90 mm

Los resultados obtenidos para el segundo extremo elaborado son los siguientes.# calT.calentamietoT.forjadoT.TotalEspesor

17.04 min50 segundos7:54 min9.30x7.45mm

23:50 min1 min4:50 min9.80x6.35mm

32:34 min55 segundos3:29 min8.90x5.00mm

42:23 min54 segundos3:17 min8.95x4.32mm

52;53 min55 segundos3:48 min6.30x4.45mm

62.19 min52 segundos3:11 min4.90x4.35mm

71:39 min48 segundos2:27 min5.00x4.30mm

82;54 min33 segundos3:27 min4.90x4.50mm

Como resultado final, se obtuvo una varilla de metal con un espesor de 4.90 mm en un extremo y el otro tiene una medida de 4.90x4.50 mm. Como se ve en la figura.

El primer espesor, segn las especificaciones dadas, debi haber estado entre las medidas de [3.00-4.00mm] sin embrago en nuestro caso tuvo una medida de 4.90mm faltando 0.90mm para llegar al objetivo. Para el segundo espesor, que consista en un cuadrado piramidal, las medidas tambin debi haber estado en las medidas de [3.00-4.00mm] para ambos lados, en nuestro caso las medidas que se obtuvo fue de 4.90x4.50mm faltado 0.90mm y 0.50mm para llegar a las especificaciones dadas.

6. OBSERVACIONES

La intensidad con que se golpe la barra fue muy importante, ya que esto nos permiti obtener las medidas que se especificaban o poder as tener la punta plana y piramidal.

El producto final fue una barra con doble funcin. Por un lado tenamos una parte plana, con la cual se pueden limar asperezas, mientras que por el otro se trabaj una punta con forma de pirmide.

Para encender la llama del soplete, es necesario que la vlvula del acetileno este abierta previamente para lograr que al contacto con la chispa del encendedor este se encienda. Luego se graduar la llama segn se requiera aumentando el flujo de acetileno u oxgeno, segn la necesidad del usuario.

Para los diferentes procedimientos es necesario que los operarios utilicen la indumentaria requerida, ya que los procedimientos que se siguen pueden resultar peligrosos

7. CONCLUSIONES

Para poder realizar las formas plana en uno delos extermos del cincel es necesario ejercer una fuerza constante mientras se va golpeando la barra. Si se golpea el fierro en fro se consigue por un lado un hundimiento producido por el impacto y por otro lado, una compactacin en su estructura sobre la zona golpeada. La compactacin ir produciendo una mayor dureza del material, pero tambin un mayor riesgo de fragilidad.

Si se golpea el fierro en caliente se produce, apenas, una compactacin del material. Los golpes no hunden la zona de impacto, sino que hace que el material se ensanche.

Se debe de controlar el calentamiento del metal, ya que lo que se busca es hacer que alcance cierta temperatura, mas no fundir el fierro. La temperatura correcta es aproximadamente de 860 C, esta temperatura se puede determinar observando el color del metal, el cual debe de tener un color rojo cereza.

Para obtener la forma cuadrada en una de las puntas es necesario que la persona que lo sostiene lo gire 90 constantemente y luego 180 para generar la forma cuadrada, si no lo hace de esta manera el cincel puede adoptar otra forma.

En el caso de forjar el metal, tanto el operario que golpea el fierro como el que lo sostiene, tienen que usar guantes de cuero, delantal y lentes de proteccin,

El proceso de forja deja residuos del acero cada vez que el metal se enfra y luego de ser moldeado con la comba. Es necesario limpiar la base sobre la cual se est trabajando.

8. RESPONDER A LAS PREGUNTAS

1) Defina cada uno de los siguientes trminos. Asimismo, colocar y describir la ecuacin de la ley de Hooke y del esfuerzo de fluencia. Para complementar su respuesta usar grficos. De ejemplos de valores tpicos para algunos metales de E, K y n. Mencionar la aplicacin prctica de estos conceptos en el proceso de deformacin. Indicar el sistema de unidades.

a. Deformacin elstica, mdulo de elasticidad (E) y ley de Hooke.

Deformacin elstica.- Es aquella en la que el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformacin. En este tipo de deformacin el slido vara su estado tensional y aumenta su energa interna en forma de energa potencial elstica. La deformacin no tiene unidades, se suele expresar en %.

Mdulo de elasticidad (E).- Expresada en (N/m2) La razn de proporcionalidad entre el esfuerzo (fuerza por unidad de rea) y deformacin unitaria (deformacin por unidad de longitud) est dada por la constante E, denominada mdulo de Young, que es caracterstico de cada material. El mdulo de Young para la plata es de 8.27 x 1010 N/m2 y para el nquel 20.4 x 1010 N/m2.

Ley de Hooke.- La Ley de Hooke relaciona la deformacin x de una barra sometida a esfuerzo axil, con la tensin normal generada por dicho esfuerzo x, mediante la constante E que se denomina mdulo de elasticidad lineal o mdulo de Young.

x = E x

La ley de Hooke es solo aplicable a deformaciones unitarias pequeas, hasta que se alcanza el lmite de proporcionalidad. En las curvas esfuerzo - deformacin de un material hay un tramo de comportamientoperfectamente elstico en el que la relacin esfuerzo deformacin es lineal (punto A). De ah hasta otro punto B (de lmite elstico) el material sigue un comportamiento elstico (sigue habiendo una relacin entre esfuerzo y deformacin, aunque no es lineal, y si se retira el esfuerzo se recupera la longitud inicial). Si se sigue aumentando la carga, el material se deforma rpidamente y si se retira el esfuerzo no se recupera la longitud inicial, quedando una deformacin permanente y el cuerpo tiene un comportamiento plstico. Si se sigue aumentando la carga (por encima del punto B), el material llega hasta un estado en el que se rompe(Punto C).

b. Deformacin plstica, coeficiente de resistencia (K), exponente por endurecimiento (n) y esfuerzo de flujo o fluencia (Yf).

Deformacin plstica.- Es aquella en la que el cuerpo no recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformacin. En los materiales metlicos, la deformacin plstica ocurre mediante la formacin y movimiento de dislocaciones. Un mecanismo de deformacin secundario es el maclado (formacin de maclas). Estos mecanismos de deformacin plstica (maclas y dislocaciones) se activan cuando la tensin aplicada superan a la tensin de fluencia del material. Es decir, en un ensayo de traccin, a la tensin de fluencia finaliza la zona de deformacin elstica y comienza la zona de deformacin plstica (la tensin deja de ser proporcional a la deformacin).

Coeficiente de resistencia (K).- Expresada en MPa. Se utiliza el K para representar la curva esfuerzo-deformacin, donde k forma parte de la ecuacin:

= K n

Exponente por endurecimiento (n).- la pendiente de la curva esfuerzo-deformacin es igual a la exponente n Mientras ms elevada sea la pendiente, mayor ser la capacidad de endurecimiento por deformacin del material, esto es, ms fuerte y ms duro se convertir conforme es deformado. Algunos valores que toma n son de 0.20 en el aluminio 1100-O y 0.54 en el cobre recocido.

Esfuerzo de flujo o fluencia (Yf).- Expresado en MPa. La curva de fluencia describe la relacin esfuerzo-deformacin en la regin donde tiene lugar el formado del metal. Tambin indica el esfuerzo de fluencia del metal, la propiedad de resistencia que determina las fuerzas y la potencia requerida para realizar una operacin particular de formado. El esfuerzo de fluencia se define como el valor instantneo del esfuerzo requerido para continuar la deformacin del material o mantener fluyendo al metal. El esfuerzo de fluencia del acero 1045 es de 310 MPa.

Yf=Ken

Donde: K= coeficiente de resistencian= Exponente de endurecimiento por deformacin.

2) Defina cada uno de los siguientes trminos. Para complementar su respuesta use grficos. Dar ejemplos de valores tpicos para algunos metales. Mencionar la aplicacin prctica de estos conceptos en el proceso de deformacin. Indicar el sistema de unidades.

a. Resistencia a la cedencia.- es la elongacin permanente de un componente bajo una carga esttica mantenida durante un cierto periodo de tiempo. Este fenmeno de los metales y ciertos materiales no metlicos puede ocurrir a cualquier temperatura.

b. Resistencia mxima a la tensin.- tensin necesaria para provocar una fractura.

c. Ductilidad (definicin y como se calcula).- cantidad de deformacin plstica que sufre el material antes de su fractura. Existen 2 medidas:La elongacin total

Reduccin de rea

d. Tenacidad.- (expresada en MPa x m ) propiedad que mide la resistencia del material a la fractura frgil cuando una grieta esta presente.

3) Con la ayuda de un grfico, explique cules son los efectos de la temperatura sobre las propiedades mecnicas de un acero al carbono. Es decir, graficar y explicar cmo vara el mdulo de elasticidad, la resistencia a la cedencia, la resistencia mxima a la tensin y la ductilidad del acero al carbono si se vara la temperatura de trabajo.

Cuando la T, la curva esfuerzo-deformacin empieza a volverse no lineal eliminando gradualmente el punto de fluencia. El mdulo de elasticidad, el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo de tensin son reducidos cuando se incrementa la temperatura. En el rango de 430C y 540C es donde la velocidad de la tasa de crecimiento es mayor. Aceros con porcentaje de carbono relativamente altos exhiben maduracin por deformacin en el rango de 150C a 370C por lo que se presenta un relativo aumento en el esfuerzo de fluencia y en el esfuerzo a la tensin. La maduracin por deformacin bajo altas temperaturas reduce considerablemente la capacidad de ductilidad del acero.

El mdulo de elasticidad decrece moderadamente arriba de los 540C, de ah en adelante decrece rpidamente.

4) Qu es el endurecimiento por deformacin y a que se debe?

Es el fenmeno por medio del cual un metal dctil se vuelve ms duro y resistente a medida es deformado plsticamente. Generalmente, tambin se le llama trabajo en fro, debido a que la deformacin se da a una temperatura fra relativa a la temperatura de fusin absoluta del metal.

5) Desarrolle y explique detalladamente las ventajas y desventajas del trabajado en caliente y trabajo 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 27C. Aqu presentamos algunas ventajas y desventajas:

Ventajas :

Acabado de superficie mejorado. Bajo costos de hornos y combustibles debido a las temperaturas ambientales de trabajo. Alta velocidad de produccin. Mayor precisin cumpliendo las tolerancias.

Desventajas:

Inspeccionar constantemente la suciedad y las impurezas dejadas en el trabajo del forjado. El trabajo del metal se limita por la ductilidad y el endurecimiento haciendo que la cantidad de formado sea menor. Se necesita mayor esfuerzo para realizar esta actividad.

El formado en frio o generalmente conocido como trabajo en frio, esta asociado a la actividad realizada por encima de la temperatura de recristalizacin, la cual es prxima a la mitad del punto de fusin en la escala absoluta.

Ventajas :

Necesita menor esfuerzo para trabajar el material. No se produce fortalecimiento del material. Resistencia isotrpica ya que no presenta estructura orientados a los granos creados en el formado en frio. La manera en que se realiza el formado se puede cambiar drsticamente.

Desventajas :

La precisin de las dimensiones es ms baja y se requiere ms energa. El acabado de la superficie es muy irregular. La vida til de los productos es muy bajo.

6) Qu tipos de mquina de forjado se usa en la industria? Indique las caractersticas y diferencias entre ellas. Graficar, utilizar fotos y describir como mnimo tres mquinas.

Forja Horizontal:

Requiere menos energa en comparacin a otros pocesos de forja Se alimenta de barras de acero calentado por induccin Corta duracin de contacto entre el dado y el material utilizado Elimina la vibracin en la maquina durante el proceso

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Forja de Laminado:

Productos de buen acabado (superficie) Trabaja material en caliente Usado comnmente para producir muchas herramientas y piezas (palancas, hojas de cuchillo, cinceles, extremos de muelles, etc.)

Forja con Prensa:

Operacin hidrulica y mecnica Rango de operacin : 4 90 MN Accin lenta de compresin deformando el material en estado plstico

7) Defina el forjado isotrmico, ventajas, usos, materiales en los que se usa. Graficar o usar fotos para la descripcin del proceso.

En este tipo de forjado se eliminan los gradientes trmicos y el enfriamiento superficial de una pieza trabajada, algunos metales como los son los aceros que poseen alta aleacin, aleaciones de titanio y de nquel representan a un grupo pequeo de metales que tienen buena dureza en caliente, es por esto que se pueden usar en altas temperaturas. Sin embargo presentan una desventaja en la cual durante el proceso de forjado los metales calientes entran en contacto con las herramientas de deformado que presentan temperaturas ms bajas generando mayores resistencias en las regiones de contacto.

Ventajas:

Forja, este mtodo de forjado es muy importante ya que se pueden forjar ciertos materiales especficos que necesitan tratamiento especial, como los que presentan la aleacin Alloy 100, las cuales producen muchas roturas durante el proceso de forjado comn. Reduccin de mecanizado, este mtodo es muy preciso para obtener formas geomtricas y tolerancias indicadas para una pieza. Reduccin de costos, utiliza menos material por pieza forjada Uniformidad, el resultado de esta forja es un producto sin deformidades debido a las desapariciones de las gradientes trmicas que si se presentan en otros mtodos de forjado.

8) Cules son las ventajas y desventajas de usar un lubricante en el forjado? Indique dos lubricantes que se usan en el forjado en fro y caliente respectivamente.

El uso de lubricantes durante el forjado es muy importante ya que se comporta como una capa trmica entre el material forjado y los dados que se encuentran generalmente a temperatura ambiente, adems influyen en la friccin y disminuyen el desgaste debido a las fuerzas externas que se aplican al material. Por otro lado, un lubricante se comporta como agente de desprendimiento para impedir que el material forjado se aglomere y adhiera a los dados.

- Forjado en fro: se utiliza grafito, MoS2, vidrio, etc. - Forjado en caliente: se utiliza jabones y aceites minerales

9) Cmo se puede saber si una pieza est forjada o fue fundida? Explique las caractersticas que usted investigara.

Para descubrir si el material fue procesado por fundicin o forja, deberan analizarse las siguientes caractersticas:

Superficie, si el material es spero o grueso y granuloso entonces fue elaborado mediante una forja. Contacto mecnico, a travs de ligeros golpes en un material se puede reconocer mediante el sonido. Si tiene una tonalidad ms alta el material fue trabajado mediante una fundicin.

10) Una pieza de trabajo cilndrica y slida de aluminio 1100-O tiene 150 mm (6 pulg) de dimetro y 100 mm (4 pulg) de altura. Su altura se reduce en 50%, a temperatura ambiente, mediante forjado en dado abierto con dados planos. Suponga que Yf = 140 MPa (esfuerzo de flujo del material) y = 0,10 (coeficiente de friccin entre la pieza de trabajo y el dado). Dar la respuesta en las siguientes unidades: MN, libras y toneladas.

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Resolucin:

*Hallamos el radio final a partir de la igualacin del volumen del cilindro antes y despus del forjado:

*Calculamos la fuerza del forjado (las unidades deben estar en N y m) mediante la siguiente frmula:

9. BIBLIOGRAFA

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