Informe 04 - Ensayo De Embutido by Lalo Gutiérrez

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ENSAYO DE EMBUTIDO ALUMNO: Gutiérrez Uscamayta, Lalo (20180376I) CURSO: MC214 SECCIÓN: C PROFESOR: Mag. Ing. Pineda León, Roberto FECHA: 24-07-20

2020-I

ÍNDICE

1 2

Introducción..............................................2 Objetivos...................................................3

2.1

General:.........................................................................................................................3

2.2

Específicos:....................................................................................................................3

Instrumentos / Equipos a utilizar...............4

3.1

Instrumentos..................................................................................................................4

3.2

Equipos.........................................................................................................................4

3.3

Herramientas..................................................................................................................6

3.4

Materiales a utilizar........................................................................................................6

Procedimiento...........................................7

4.1

De operación..................................................................................................................7

4.2

Datos a tomar.................................................................................................................8

4.2.1

Para el material.......................................................................................................8

4.2.2

Para el producto......................................................................................................8

Cálculos a realizar...................................10

5.1.1

Análisis de ingeniería de embutido.........................................................................10

5.1.2

Datos de ensayo....................................................................................................12

Cuestionario............................................13

6.1

Responder a las preguntas siguientes:............................................................................13

7 8

Conclusiones...........................................15 Bibliografía.............................................16

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1 INTRODUCCIÓN Dentro de los numerosos procesos de fabricación que actualmente son usados en la industria, el conformado por deformación plástica es uno de los más importantes dado su intensivo uso para la fabricación de multitud de productos. Consiste en la obtención de formas finales de configuración más o menos compleja a partir de geometrías poco elaboradas bajo la acción de fuerzas externas capaces de superar el límite elástico del material. El embutido, es un proceso de deformación plástica producida por una fuerza externa, en el que la serie de átomos de cristales que componen el material de trabajo se desplazan, al sobrepasar determinada tensión límite; sin romper la cohesión interna.

Para obtener buenos resultados en el proceso de embutido se debe tener en cuenta que: • El espesor de la chapa debe ser uniforme. • Las características del material deben ser uniformes. • Se obtendrán mejores resultados cuanto más maleable sea el metal o la aleación.

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• Utilizar el lubricante apropiado.

2 OBJETIVOS 2.1 GENERAL: 

Determinar la fuerza real necesaria para realizar el embutido de una placa metálica y

 

comparar con respecto a la obtenida teóricamente. Evaluar el coeficiente de fricción variando el lubricante. Evaluar la variación de dureza y las deformaciones en los diferentes sectores de la placa metálica.

2.2 ESPECÍFICOS:  Conocer la dureza del material.  Realizar el ensayo de tracción del material a embutir.  Conocer el proceso de embutido.  Conocer el procedimiento de preparación de los materiales.

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3 INSTRUMENTOS / EQUIPOS A UTILIZAR 3.1 INSTRUMENTOS Durómetro (Dureza Brinell)   

Rango de carga: 62,5-3000 kgf Altura de la muestra: 0-190 mm Profundidad de garganta: 220 mm

Se recomienda este durómetro porque la carga deseada está dentro de su rango.

Escuadra    

Material: Acero inoxidable Largo: 200 mm Precisión: 1 mm Graduación en milímetros

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3.2 EQUIPOS Prensa     

Accionamientos: Hidráulica Fuerza de presión: 15 ton Potencia de motor: 15 HP Dimensiones de la mesa: 300x300 mm Presión de funcionamiento (máx.): 294 bar

Suficiente es con un motor hidráulico de 5 ton con 3HP

Matriz Es el molde donde va a ir la cavidad 

Material: Acero inoxidable

Equipo de tracción En nuestro caso es un cenicero para la cual no es necesario del rango de carga de la prensa.

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Regla  

Longitud: 30cm Precisión: 1 mm

Cinta métrica:    

Ancho/Hoja: 19mm (3/4") Largo/Hoja: 5mts (16') Precisión: 1 mm Indicador: 1 cm

3.3 HERRAMIENTAS Punzón  

Material: Acero de alta aleación Diámetro: 125 mm

Rayador  

Material: Acero Longitud: 225 mm

3.4 MATERIALES A UTILIZAR Placas de aluminio

Lubricantes distintos

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AL - 1050

Agua con jabón

Lija   

Dimensiones: 9" x 11" Grano: 36 UE: 200

4 PROCEDIMIENTO 4.1 DE OPERACIÓN 

Medir la dureza del material a embutir. No se pudo realizar la medición de dureza del aluminio AL-1050, material que se va a embutir en este ensayo, pero según la ficha técnica de este metal se obtuvo que tiene una dureza Brinell de 20 HB a temperatura ambiente de 20°C (Sanmetal S. A.,2009, p. 20), para la cual se debería usar un durómetro Brinell de rango 62.5 - 3000 kgf como se recomienda en los instrumentos y con un diámetro de esfera de 10 mm.



Realizar el ensayo de tracción del material a embutir. Debido al inacceso a los laboratorios no se realizó este ensayo de tracción.

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

Realizar el proceso de lijado. El proceso de lijado realiza con el fin de transformar una superficie áspera en una superficie lisa para evitar el desgaste del punzón.



Cuadricular por uno de los lados. Este proceso se realizaría para saber la deformación, pero tampoco se pudo realizar.



Realizar el proceso de embutido (Como en los videos) 1) Se coloca la placa sobre la matriz. 2) Se coloca en el sujetador a una presión adecuada de apriete. 3) Se tiene cuidado de las impurezas que puedan quedar sobre la superficie de la placa. 4) Se acciona la prensa. 5) Baja el punzón. 6) Comprime el punzón a la placa de aluminio.

4.2 DATOS A TOMAR 4.2.1 



Para el material

Dureza inicial:

HBAl = 20

Carga máxima en el ensayo de tracción:

Carga de rotura en el ensayo de tracción:

s máx = 5800

kgf mm2

s rotura = 5000

kgf mm 2

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

% de elongación en el ensayo de tracción: No se realizó la experiencia ni la clase teórica.



Diámetro inicial:

4.2.2

Dd = 110mm

Para el producto



Espesor inicial del disco:

t0 = 1mm



Diámetros del punzón:

D p = 84mm



Diámetro y profundidad de la matriz:

Dm = 63mm

;

h = 14mm

r Al = 2.70

g cm3



Tipo de material:

Aluminio AL-1050 con densidad



Tipo de lubricante:

Agua con jabón



Profundidad del producto después de cada embutido. Para este ensayo se toma una sola pasada:



Medidas del diferencial iniciales: X 0 = 6mm

;

Y0 = 6mm



Fuerza de embutido real, es la que se registra de la prensa



Medidas de los diferenciales por sector después del embutido:

No se midió por

motivo de no tener acceso al laboratorio por cuarentena. 

Dureza en los diferentes sectores después del embutido:

No se midió por motivo de

no tener acceso al laboratorio por cuarentena.

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5 CÁLCULOS A REALIZAR 5.1.1

Análisis de ingeniería de embutido

a) La relación de embutido está dada por:

DR =

Dd 110 = = 1.30952 D p 84

Donde: ��: Diámetro del disco

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��: Diámetro del punzón

b) La relación de grosor en el cenicero es la siguiente: Rg =

t0 1 � = = 0.90% Dd 110

Donde: t0 : espesor inicial c) Reducción (r): r=

Dd - D p Dd

110 - 84 � = 0.236 110

Para determinar si es adecuado un proceso de embutido tiene que cumplir con ciertos límites tales como:

d) Volúmenes: Teniendo en cuenta que durante el conformado el volumen permanece constante Vinicial = V final

Vinicial =

p �Dd 2 p �1102 �t0 = �1 = 9503.31778mm3 4 4

Relación de embutido: DR < 2

Reducción: r < 0.5

Relación de grosor: Rg > 1%

Reemplazando: X 0Y0 E0 = X 1Y1 E1

e) Relaciones entre las dimensiones



�X � Grado de ensanchamiento = ln � 0 � �X 1 �

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Grado de alargamiento

�Y � = ln �0 � �Y1 �

Grado de recalcado

�X � = ln � 0 � �X 1 �



f) Rozamiento: El rozamiento debe contribuir a dirigir el flujo del material, así como el desgaste de las herramientas y el consumo de energía. El rozamiento se calcula mediante:

m = Tan r Algunos valores que se usan son: 

Superficies pulidas o esmeriladas: m = 0.5

Tan r = 2� 52 '



Superficies lisas con lubricantes:

m = 0.1

Tan r = 5� 37 '



Superficies toscas y secas:

m = 0.5

Tan r = 14�

g) Fluencia: La fluencia del material comienza cuando la diferencia de las tensiones principales alcanza la resistencia a la deformación. R f = s máx - s mín = s 1 - s 3

La presión será más baja cuando fluye más fácilmente el material. El material fluye en dirección a la mínima resistencia de fluencia principalmente hacia las superficies de limitación libres de la pieza. h) Fuerza necesaria para la embutición: F = rp �t0 �DR �s r = 6 �� 1 1.30952 �5000 = 39285.6kgf

Donde: F: Fuerza para la conformación. rp

: radio en las esquinas del punzón (se asume 6 mm).

t0 : espesor de la plancha

s r : Carga de rotura del material DR: relación de embutido, (coeficiente de función)

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i) El embutido profundo depende del valor de la anisotropía normal R de los metales laminados que también se llama anisotropía plástica donde R=

Deformación del ancho Deformación del espesor

La deformación del espesor se ha determinado con la probeta de tensión. No se hizo en la teoría.

5.1.2

Datos de ensayo



Producto a obtener:

recipiente pequeño, tipo cenicero.



Diámetro del disco:

Dd =110 mm



Espesor inicial del disco:

e = 1 mm



Diámetros del punzón:

Dp = 84 mm



Diámetro y profundidad de la matriz:

Dm = 63 mm; h = 14 mm



Presión del sujetador

(0.064-0.16) kg/mm2, para el aluminio.



Tipo de material:

aluminio. (densidad = 2.70 g/cm3)



Tipo de lubricante:

agua con jabón.

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6 CUESTIONARIO 6.1 RESPONDER A LAS PREGUNTAS SIGUIENTES: Con la finalidad de responder el siguiente cuestionario realizar los siguientes gráficos. 1. Indique Ud. en un cuadro para cada tipo de lubricante: la relación de embutido, la relación de grosor, la fuerza utilizada para el embutido, los valores obtenidos en el ensayo de tracción, dureza en cada sector. Para el agua con jabón m 0.1

DR 1.3095

Rg � 0.90%

F (kgf) 39285.6kgf

2 2. Teniendo en cuenta los valores obtenidos y la curva obtenida en el ensayo de tracción indicar si se puede realizar otro proceso para aumentar la profundidad del cenicero teniendo en cuenta los materiales y lubricantes utilizados. En el diagrama esfuerzo deformación se trata de ver si el material en la primera embutida ya está cerca del límite de rotura, si está alejado entonces se podría hacer otra pasada, pero si está cerca esto no es recomendable. 3. Haga el diagrama de los esfuerzos de deformación en los sectores del cenicero. Por sectores no se puede hallar porque no se ha hecho ninguna medición. 4. Determine los grados de alargamiento, ensanchamiento y recalcado en su proyecto. Hubiera sido posible calcular con las fórmulas, pero no se realizó el ensayo presencial y no se tienen el X 1 , Y1 ni el E1 . 5. Calcular la anisotropía plástica e indicar que es importante para determinar la capacidad de un material para embutido profundo. No se realizó el ensayo de estiramiento ni la parte teórica de este punto. 6. Determinar la relación límite de embutido. Esto se da en función del espesor y Rg.

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7. Indique Ud. la influencia de los diferentes lubricantes usados en clase en las propiedades del cenicero (dureza, ensanchamiento, alargamiento y recalcado). El lubricante evita la fricción y como consecuencia evita el estiramiento del metal cuando está en contacto con las paredes de la matriz. 8. Explique Ud. la diferencia de fuerzas utilizadas en el embutido en los diferentes lubricantes (justifique técnicamente). Mientras sea más viscoso el aceite, este va a facilitar la lubricación por eso que cuando ingresa a la cavidad del embutido el rozamiento va a ser menor. 9. Calcule la fuerza de embutido necesaria para su embutido (teórica) y compare con la obtenida en clase (si son diferentes, indique la razón). La fuerza de embutido teórica es la obtenida por la fórmula y la real es aquella que se calcula con lo que registra en la prensa hidráulica sobre el área de aluminio. 10. Indique usted si usando el mismo lubricante y diferente material como variaría la fuerza de embutido real y teórica. Mientras sea más viscoso el lubricante, la lubricación será mejor y la fuerza de fricción será menor, por lo tanto, la fuerza de embutido será menor.

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7 CONCLUSIONES 

En cuanto a la evaluación de la dureza respecto a las deformaciones obtenidas en las diferentes porciones de la placa no se pudo realizar debido a la falta de la experiencia en el laboratorio con el durómetro causada por el aislamiento.

 El material de trabajo para el ensayo de embutido fue el aluminio AL-1050, cuya dureza Brinell es de 20 HB a temperatura ambiente de 20°C. (Sanmetal S. A.,2009, p. 20)  El procedimiento de preparación de los materiales es: 1) Hay que disponer del metal 2) Cortar el metal mediante una troqueladora a las dimensiones adecuadas 3) Echar el lubricante 4) Preparar la máquina para esa área que se va a trabajar. 5) Colocar el disco. 6) Aplicar la fuerza.

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8 BIBLIOGRAFÍA 

Guía de laboratorio: Material original. Ing. Leonor Zegarra. Aporte. Mg Ing. Pineda



León, Roberto Sanmetal S.A. (2009). Aluminio. Lima. http://www.sanmetal.es/docs/1246450322.pdf

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