Aprobado: Fecha: Consejo Técnico de la Facultad 25 de febrero, 4 y 17 de marzo, y 16 de junio de 2005

Consejo Académico del Área de las Ciencias 8 de agosto de 2005 Físico Matemáticas y de las Ingenierías

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ESTUDIO

MODELADO DE PROCESOS DE MANUFACTURA 1859 8º 10

Asignatura Clave Semestre Créditos

Ingeniería Mecánica e Industrial Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica División Departamento Carrera(s) en que se imparte

Asignatura: Horas: Total (horas):

Obligatoria X Teóricas 4.0 Semana 6.0

Optativa Prácticas 2.0 16 Semanas 96.0 Modalidad: Curso, laboratorio Seriación obligatoria antecedente: Ninguna Seriación obligatoria consecuente: Ninguna Objetivo(s) del curso: Conocer las bases fisicomatemáticas que permiten el modelado de procesos de conformado mecánico y colada. Al terminar el curso el alumno será capaz de desarrollar las ecuaciones diferenciales que describen fenómenos de conformado mecánico y colada; y resolverlas. Asimismo tendrá la capacidad de aplicar paquetería comercial en la solución de problemas complejos de conformado y colada. Temario

NÚM. NOMBRE HORAS

1. Manufactura de los materiales metálicos y su modelado. 6.0

2. Mecánica del medio continuo en procesos de conformado. 4.0

3. El sólido elástico y sus ecuaciones constitutivas. 4.0

4. Criterios de fluencia. 4.0

5. Conceptos de plasticidad 3.0

6. Métodos de análisis 3.0

7. Método del planchón 4.0

MODELADO DE PROCESOS DE MANUFACTURA (2 / 7)

NÚM. NOMBRE HORAS

8. Método del límite superior 4.0

9. Método del elemento finito (MEF). 10.0

10. Aplicación del MEF a problemas de deformación plana. 2.0

11. Aplicación del MEF a forja axisimétrica, extrusión y estirado bajo condiciones de estado estable. 2.0

12. Aplicación del MEF a otros procesos. 4.0

13. Conceptos básicos de mecánica de fluidos y transferencia de calor. 4.0

14. Modelado de procesos de vaciado de metales. 10.0

64.0

Prácticas de laboratorio 32.0

Total 96.0

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1 Manufactura de los materiales metálicos y su modelado

Objetivo: Conocer los diferentes métodos empleados en la transformación de los materiales metálicos, sus aplicaciones y limitaciones. Asimismo estará conciente de la conveniencia de modelar y simular éstos de la forma más precisa posible.

2 Mecánica del medio continuo en procesos de conformado

Objetivo: Presentar los conceptos de mecánica del medio continuo que son empleados para el modelado de procesos de conformado mecánico y colada de metales y aleaciones. Contenido:

2.1 Conservación de masa 2.2 Conservación de cantidad de movimiento 2.3 Conservación de energía 2.4 Desigualdad de Clausius Duhem. La segunda ley de la Termodinámica

3 El sólido elástico y sus ecuaciones constitutivas

Objetivo: Desarrollar las ecuaciones constitutivas para un sólido elástico, lineal Contenido:

3.1 Comportamiento elástico 3.2 Sólido elástico lineal, homogéneo e isotrópico. Su ecuación constitutiva. Ecuación de Navier.

Movimiento de ondas elásticas a través del sólido. Casos de aplicación del modelo 3.3 Sólido elástico lineal, homogéneo y monotrópico. Su ecuación constitutiva. Características de su

comportamiento. Casos de aplicación. 3.4 Sólido elástico lineal, homogéneo y ortotrópico. Su ecuación constitutiva. Características de su

comportamiento. Casos de aplicación. 3.5 Sólido elástico lineal, homogéneo y transversalmente isotrópico. Su ecuación constitutiva.

Características de su comportamiento. Casos de aplicación.

4 Criterios de fluencia

Objetivo: Conocer los criterios que describen el inicio del flujo plástico en los metales. Contenido:

4.1 Criterios de falla. La fluencia como condición de falla en el metal 4.2 Criterio de Tresca o del cortante máximo. Limitaciones en cuanto a su precisión. Lugar geométrico

de la fluencia. Su representación en función de invariantes 4.3 Criterio de Von Mises-Henky o de la energía de distorsión. Concordancia con datos experimentales.

Lugar geométrico de la fluencia. 4.4 Efecto del endurecimiento y la anisotropía del material y su representación en el lugar geométrico de

la fluencia

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5 Conceptos de Plasticidad

Objetivo: Conocer las ecuaciones empleadas en la descripción del flujo plástico y elastoplástico. Contenido:

5.1 El sólido elastoplástico, rígido-plástico, rígido plástico sin endurecimiento. 5.2 Ecuaciones de Levy-Mises 5.3 Ecuaciones de Prandtl-Reuss 5.4 Teoría del potencial plástico 5.5 Endurecimiento isotrópico, endurecimiento cinemático 5.6 Relaciones generales esfuerzo-deformación para deformación plástica

6 Métodos de análisis

Objetivo: Conocer lo diferentes métodos empleados en el análisis de los procesos de conformado mecánico de los metales. Contenido:

6.1 Objetivos y metodología del modelado 6.2 Ecuaciones empleadas en el modelado. Incógnitas 6.3 Método del planchón 6.4 Método del límite superior 6.5 Campos de líneas de deslizamiento 6.6 Método general de Hill

7 Método del planchón

Objetivo: Conocer el método del planchón, sus aplicaciones y limitaciones. Contenido:

7.1 Descripción del método 7.2 Soluciones para compresión biaxial y forja axisimétrica 7.3 Laminación de productos planos 7.4 Modelado de la extrusión directa 7.5 Modelado del estirado de barra y tubo 7.6 Embutido de chapa metálica

8 Método del límite superior

Objetivo: Conocer el método del límite superior, sus aplicaciones y posibilidades. Contenido:

8.1 Generalidades del método 8.2 Soluciones para compresión biaxial 8.3 Estirado y laminación plana

MODELADO DE PROCESOS DE MANUFACTURA (5 / 7)

8.4 Indentación 8.5 Laminado conjunto 8.6 Solución numérica

9 Método del elemento finito (MEF)

Objetivo: Conocer los fundamentos del método del elemento finito y su aplicación en la solución de sistemas de ecuaciones diferenciales. Contenido:

9.1 Generalidades 9.2 Procedimiento 9.3 Funciones de interpolación 9.4 Integración numérica 9.5 Condiciones de frontera 9.6 Descripción del método para problemas simples

10 Aplicación del MEF a problemas de deformación plana

Objetivo: Aplicar el MEF para la solución de problemas de deformación plana Contenido:

10.1 Deformación plana en forja para el caso de forja libre y de forja cerrada con rebaba 10.2 Laminado de productos planos

11 Aplicación del MEF a forja axisimétrica, extrusión y estirado bajo condiciones de estado estable

Objetivo: Aplicar el MEF para la solución de problemas de deformación axisimétricos Contenido:

11.1 Métodos de análisis 11.2 Forja axisimétrica 11.3 Extrusión 11.4 Estirado

12 Aplicación del MEF a otros procesos

Objetivo: Aplicar el MEF a otros procesos de conformado mecánico. Contenido:

12.1 Embutido de chapa metálica 12.2 Problemas de deformación triaxial

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13 Conceptos básicos de mecánica de fluidos y transferencia de calor

Objetivo: Retomar los elementos básicos de la mecánica de los fluidos, la transferencia de calor así como de los fenómenos que se suscitan mediante la solidificación de los metales. Contenido:

13.1 Conducción de calor 13.2 Ecuaciones de Navier-Stokes 13.3 Solidificación de metales y aleaciones

14 Modelado de procesos de vaciado de metales

Objetivo: Simular por métodos numéricos los fenómenos que se presentan durante el colado y solidificación de los metales Contenido

14.1 Generalidades 14.2 Ventajas de la simulación por métodos numéricos de procesos de solidificación y vaciado 14.3 Problemas de llenado y solidificación para el caso biaxial 14.4 Problemas de llenado y solidificación para el caso triaxial

Bibliografía básica: KOBAYASHI, Siro. Metal Forming and The Finite-Element Method Oxford University Press, Inc., 1989 ROWE GEOFFREY, Whaley Finite-Element Plasticity and Metalforming Analysis Cambridge University Press, 1991 Bibliografía complementaria: AVITZUR, Betzalel Metal Forming, The Application of Limit Analysis Marcel Dekker, Inc., 1980

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HOSFORD, William F. & CADDELL, Robert M. Metal Forming, Mechanics and Metallurgy PTR Prentice-Hall, Inc., 1993 ROWE GEOFFREY, Whaley Elements of Metalworking Theory Edward Arnold, 1979 KHAN AKHTAR S., HUANG, Sujian Continuum Theory of Plasticity John Wiley & Sons, Inc., 1995 LUBLINER, Jacob Plasticity Theory Macmillan Publishing Company, Inc., 1990 HILL, R. The Mathematical Theory of Plasticity Oxford Clarendon Press, 1998 CHAKRABARTY, J. Applied Plasticity Springer, 2000 CAMPBELL, John Casting Butterworth-Heinemann Ltd, 1991 Sugerencias didácticas:

Exposición oral X Lecturas obligatorias X Exposición audiovisual X Trabajos de investigación X Ejercicios dentro de clase X Prácticas de taller o laboratorio X Ejercicios fuera del aula X Prácticas de campo Seminarios X Otras

Forma de evaluar:

Exámenes parciales X Participación en clase X Exámenes finales X Asistencias a prácticas Trabajos y tareas fuera del aula X Otras X

Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura Personal con posgrado en el área de metalurgia mecánica, ingeniería mecánica con orientación a deformación plástica, Ciencia e Ingeniería de los Materiales con orientación a metales y en particular a deformación plástica y su modelado.