procesos de estirado

INTEGRANTES1. CUEVA COSANATAN LUIS CARLOS2. MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON3. NUÑES CRUZ CARLOS4. SANCHEZ VASQUEZ JORDY5. VASQUEZ LOPEZ ENRIQUE 6. VEGA LUCAS CARLOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

PROF: Dr. ALCANTA ALZA VICTOR

CURSO: PROCESOS DE MANUFACTURA II

PROCESOS DE ESTIRADO

1.- ANTECEDENTES• Empieza desde la edad media (aproximadamente 476-1492) en los

años 1000-1500 en el estirado de alambres.• Ya en 1900 (después de la revolución industrial (1750 a 1850) y a

inicio de la primera guerra mundial (1914-1918) había una enorme demanda de alambre para usos tradicionales tales como redes, cuerdas

• El principal avance en este campo fue el uso del tungsteno que en 1908 hizo William Coolidge en EEUU. (Este se funde a 3400°C). Quien logro una varilla metálica se volviese dúctil calentándola y martillándola repetidas veces, después de lo cual se podía ESTIRAR haciéndola pasar por una hilera de diamante para producir un alambre muy fino requerido por la industria.

2.-Definición de Conceptos:

• Recocido• Deformación Homogénea• Endurecimiento por deformación• Temperatura de re cristalización• Proceso en frio

3.- FUNDAMENTOS DEL PROCESO DE ESTIRADO

• Se denomina Estirado al proceso de Conformado por Deformación Plástica en el que se pretende efectuar reducciones de sección, para conseguir formas o calibres determinados y mejorar su calidad superficial.

Do = diámetro original del trabajo Df = diámetro final trabajo α = ángulo del dado (medio ángulo) Lc = longitud de contacto del material

de trabajo con el dado de estirado

𝑟=𝐴𝑜−𝐴 𝑓

𝐴𝑜

Donde:

Reducción de área en el estirado;

Área original del trabajo, (mm2);

= área final, pulg2 (mm2).

3.1. ANALISIS GENERAL DEL ESTIRADOSi no ocurre fricción o trabajo redundante en el estirado la deformación real puede determinarse como sigue:

Donde:

: Son las áreas originales y final de

la sección transversal del material

de trabajo, como se definieron

previamente;

r = reducción del estirado.

𝜖=𝑙𝑛𝐴𝑜

𝐴 𝑓

=𝑙𝑛 11−𝑟

𝜎=𝑌 𝑓 𝜖=𝑌 𝑓 𝑙𝑛𝐴𝑜

𝐴𝑓

Donde:

= esfuerzo de fluencia promedio

El esfuerzo que resulta de esta deformación ideal está dado por:

Debido a que la fricción está presente en el estirado, el verdadero

esfuerzo es más grande que el proporcionado por la ecuación

anterior. Otras variables que tienen influencia en el esfuerzo del

estirado son el ángulo del dado y el coeficiente de fricción en la

interface trabajo-dado. La ecuación sugerida por Schey:

Donde

= esfuerzo de estirado lb/pulg2 (MPa);

= coeficiente de fricción dado-trabajo;

= ángulo del dado (medio ángulo)

= factor para deformación no homogénea

∅=0.88+0.12𝐷𝐿𝑐

𝐷=𝐷𝑜+𝐷 𝑓

2𝐿𝑐=

𝐷𝑜−𝐷 𝑓

2𝑠𝑒𝑛𝛼

Donde:

D = diámetro promedio del trabajo durante el

estirado,

= longitud de contacto del trabajo con el dado

de estirado,

Es un factor que se usa para deformación no

homogénea, el cual se determina para una

sección transversal redonda.

La fuerza correspondiente al estirado es entonces, el área de la sección transversal del material estirado multiplicada por el esfuerzo de estirado:

…. (8)

Donde

Fuerza de estirado,

• Características de los materiales empleados en el estirado:

Suficientemente Dúctiles

De suficiente resistencia a la tracción, para que no se rompan al estirar

De excelente calidad en cuanto a la uniformidad de composición y estructura, ya que cualquier defecto puede provocar la rotura de la barra.

Esquema básico del proceso de estirado• Preparación del material de trabajo Antes del estirado El material inicial debe prepararse adecuadamente. Esto involucra

tres pasos: 1. recocido, El propósito del recocido es incrementar la ductilidad del material

para aceptar la deformación durante el estirado.2. Limpieza, del material se requiere para prevenir daños en la superficie del

material de trabajo y en el troquel de estirado. 3. afilado, implica la reducción del diámetro del extremo inicial del material

de manera que pueda insertarse a través del troquel de estirado para iniciar el proceso

• Luego la Barra pasa a la Banca de estirado:

• El cual consiste en una mesa de entrada, un bastidor del troquel (que contiene el troquel de estirado), la corredera y el armazón de salida

Troqueles de Estirado• Se hacen de acero de herramienta o carburo

cementado• Las cuatro regiones del troquel que se pueden

distinguir son las siguientes:• Entrada: Su propósito es hacer un embudo lubricante en

el troquel y prevenir el rayado en la superficie del trabajo y la superficie del troquel.

• Angulo de aproximación: Es una abertura en forma de cono con un ángulo (medio ángulo). El ángulo correcto varía de acuerdo con el material de trabajo.

• superficie del cojinete (campo): Determina el tamaño final del material estirado.

• relevo de salida: es la zona de salida. Se provee con un relevo hacia atrás con un ángulo de 30º.

Tipo de material Angulo del troquel

Acero dulce 12°-16°

Aceros duros 14°-18°

Latones Pobres 12°-16°

Cobre 4°- 5°

Aluminio 16-20°

• Luego de pasar por el banco de estirado se le da a la barra las siguientes operaciones de acabado:

• Corte • Recocido• Enderezado• Pulido

DETERMINACION DE LA CARGA DE TRABAJO CONSIDERANDO LA PIEZA Y LA DISTRIBUCION DE TENSIONES

1) FORMULA DE TRABAJO PARA LA DEFORMACION HOMOGENEA:

La manera más sencilla de deformarse un metal es la que se ve en un ensayo a tracción.

Para la tracción uniaxial, las tensiones principales para un punto cualquiera son:

El incremento de trabajo realizado al aumentar la longitud de la probeta:

El incremento por unidad de volumen V es

Se puede suponer que no hay cambio de volumen, e integrar.

Suponiendo una tensión de fluencia media

2) FORMULA DE TRABAJO PARA EL ESTIRADO

El trabajo por la fuerza de estirado :

Suponiendo una deformación homogénea.

Cuando no existe rozamiento, esta expresión se transformara

Si consideramos de nuevo que el volumen permanezca constante:

La reducción de área r viene dada por: Asi.

Luego la ecuación de estirado:

Consideraciones de la restricción de rozamiento por el cálculo de las tenciones locales.

Estirado de una chapa ancha no endurecida por acritud

• Deformación lateral despreciable

• Deformación idéntica sobre todos los planos paralelos al que se representa

𝝈𝒙=𝝈𝒙𝒃=𝟎 ,𝒉=𝒉𝒃

HIPOESIS:

Debido a la variación de la tensión longitudinal

(a)

• Debido directamente a la presión de la matriz

• Debido a la tensión de rozamiento

Existen tres componentes de fuerzas que actúan en la dirección longitudinal, ox.

Para unas condiciones de estirado estacionarias, estas fuerzas deben estar en equilibrio sumamos (a), (b) y (c):

(𝜎¿¿ 𝑥+𝑑𝜎 𝑥) (h+ h𝑑 )𝑤−𝜎𝑥 h𝑤+2.𝑝 (𝑤 . 𝑑𝑥𝑐𝑜𝑠𝛼 ) .𝑠𝑒𝑛𝛼+2.𝜇 .𝑝 (𝑤 . 𝑑𝑥

𝑐𝑜𝑠𝛼 ) .𝑐𝑜𝑠𝛼=0¿

Simplificando w y despreciando

ADEMAS :

LUEGO :

h𝑑𝜎 𝑥+¿

Es conveniente introducir un parámetro :

El equilibrio de los componentes de la fuerza perpendicular a la dirección de estirado nos proporciona.

En muchos casos podemos despreciar

En condiciones de deformación plana.

Reemplazando p en :

Esta es la ecuación diferencial básica para el estirado de chapa ancha dada por Sachs, Lubahn y Tracy

Sin embargo, para obtener la solución de manera más sencilla, podemos suponer que las matrices son rectas, que el rozamiento es uniforme y que el material no se endurece al deformarse, asi con

𝒍𝒏(𝑩 .𝝈¿¿ 𝒙−𝑺 . (𝟏+𝑩))𝑩

=𝒍𝒏 (𝒉 )+𝑪→𝑩𝝈𝒙−𝑺 . (𝟏+𝑩)=𝑪′ .𝒉𝑩 ,𝑪 ′=𝒆𝑪𝑩 ¿

Suponiendo que no haya tensiones a la entrada de la matriz: , así.

𝝈 𝒙

𝑺=

(𝟏+𝑩 )𝑩 [𝟏−( 𝒉𝒉𝒃

)𝑩 ]…(𝑽 )

𝝈 𝒙

𝑺=

(𝟏+𝑩 )𝑩

[𝟏−( 𝒉𝒉𝒃)𝑩

]

-0.16 -0.14 -0.12 -0.1 -0.08 -0.06 -0.04-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4T/S Vs. X

X

Ten

sion

/Flu

enci

a

xaxb

GRAFICA TENSION/FLUENCIA Vs. DISTANCIA

Esta expresión representa la tensión directa, en la dirección del estirado, para una distancia x a partir del vértice virtual. Puesto que la deformación permanente tiene lugar cuando.

Se puede calcular la presión de la matriz en cualquier punto.

-0.16 -0.14 -0.12 -0.1 -0.08 -0.06 -0.04-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2P/S Vs. X

X

Pre

sion

/Flu

enci

a

xaxb

GRAFICA DE PRESION/FLUENCIA Vs DISTANCIA

La tensión de estirado real ejercidas por las mordazas del banco de estirado es el valor de a la salida de la matriz donde .

• El límite de estirado está determinado por la rotura de la barra delante de la matriz

COMPARACIÓN DE LA FÓRMULA DE TRABAJO Y CÁLCULO DE LA TENSIÓN PARA EL ESTIRADO

Para matrices perfectamente lubricadas B=0

h𝑑𝜎 𝑥+¿

asi para

h𝑑𝜎 𝑥+(𝜎𝑥+𝑝 ) h𝑑 =0

Incorporando la relación de deformación permanente para la deformación plana

Esta se puede integrar: Usando condiciones de límites a la entrada (

Que corresponde a la solución obtenida considerando el trabajo realizado en una deformación homogénea y plana

ESTIRADO DE PLETINAS ENDURECIDAS POR

DEFORMACION PERMANENTE CON

MATRICES CILÍNDRICAS.

L a mayoría de los perfiles se pueden representar de manera aproximada o mediante una matriz en forma de cuña, como ya hemos estudiado, o mediante un arco de circunferencia.

Tenemos la ecuación de equilibrio horizontal que se obtuvo para un estirado a través de unas matrices en forma de cuña:

𝒅 (𝝈𝒙𝒉)+𝒑 (𝟏+𝝁 .𝒄𝒕𝒈𝜶 )𝒅𝒉=𝟎 𝒅 (𝒉𝑺−𝒉𝒑 )+𝒑 (𝟏+𝝁 .𝒄𝒕𝒈𝜶 )𝒅𝒉=𝟎

El radio de la matriz se supone constante e igual R Y la ecuación se puede expresar en función de las coordenadas polares (R, ) sustituyendo :

𝒅𝒉=𝟐 (𝑹𝒅𝜶 )𝐬𝐢𝐧𝜶

𝒅 (𝒉𝑺−𝒉𝒑 )=−𝟐𝑹𝒑𝐬𝐢𝐧𝜶 (𝟏+𝝁 .𝒄𝒕𝒈𝜶 ) 𝒅𝜶

𝒅 (𝒉𝑺−𝒉𝒑 )=−𝟐𝑹𝒑𝐬𝐢𝐧𝜶 (𝟏+𝝁 .𝒄𝒕𝒈𝜶 ) 𝒅𝜶

En función de la relación adimensional p/S.

𝒅𝒅𝜶 [𝒉𝑺 (𝟏−𝒑𝑺 ) ]=−𝟐𝑹𝒑 (𝐬𝐢𝐧𝜶+𝝁 .𝐜𝐨𝐬𝜶 )

𝒉𝑺 𝒅𝒅𝜶 (𝟏− 𝒑𝑺 )+(𝟏−𝒑𝑺 ) 𝒅

𝒅𝜶(𝒉𝑺 )=−𝟐𝑹𝒑 (𝐬𝐢𝐧𝜶+𝝁 .𝐜𝐨𝐬𝜶 )

𝒉𝑺 𝒅𝒅𝜶 (𝟏− 𝒑𝑺 )=−𝟐𝑹𝒑 (𝐬𝐢𝐧𝜶+𝝁 .𝐜𝐨𝐬𝜶 )

• Si el ángulo de contacto es pequeño, se pude realizar otra aproximación.

;

Entonces:

𝐥𝐧ቀ𝒑𝑺ቁ= 𝐥𝐧൬𝒉𝒂𝑹 + 𝜶𝟐 ൰+ 𝟐𝝁ට𝒉𝒂𝑹 .𝒂𝒓𝒄𝒕𝒈

ۉ

𝜶ۇට𝒉𝒂𝑹 ی

+ۊ 𝒄𝒕𝒆

Es conveniente introducir el símbolo

De esta manera:

Suponiendo que no hay ninguna tensión longitudinal a la entrada;

; en consecuencia .

• Tomando como valores siguientes:

0 10 20 30 40 50 60 700

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8(P/S vs α )

α (grados)

(P/S

)

La tensión longitudinal se calcula combinando esta expresión con la condición de fluencia;

La tensión de estirado es la tensión longitudinal a la salida de la matriz:

o El estirado de barras se realiza en una máquina llamada banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor para dado (que contiene el dado de estirado), la corredera y el armazón de salida. La corredera se usa para jalar el material a través del dado de estirado. Está accionado por cilindros hidráulicos o cadenas movidas por un motor. El bastidor del dado se diseña frecuentemente para contener más de un dado, de manera que se puedan estirar varias barras simultáneamente a través de los respectivos dados

EQUIPO PARA ESTIRADO

DADO PARA EL ESTIRADO

Es la parte mas importante del equipo para estirado. Consta de 2 partes importantes:

Cubierta Boquilla

ANGULO DE ENTRADA: abertura en forma de campana que no entra en contacto con la pieza de trabajo.

ANGULO DE APROXIMACIÓN: es el lugar donde se ocurre el proceso de estirado. Abertura en forma de cono con un ángulo que fluctúa de 6-20.

SUPERFICIE DE RESORTE: determina el tamaño final del material.

ANGULO DE RELEVO: ángulo de salida.

MATERARIALES PARA DADOS

LUBRICANTES

• ESTIRADO EN HUMEDO: Los dados y la varilla son sumergidos en un

lubricante compuesto de aceites y emulsiones con aditivos grasos o

clorados y otros compuestos.

• ESTIRADO EN SECO: La superficie de la varilla por estirar se recubre con un

lubricante como jabón de cal.

• RECUBRIMIENTO: La varilla se cubre con un metal suave que funciona como

lubricante solido como el cobre o estaño.

DEFECTOS DE ESTIRADO

• DESGARRO

• PANDEO

• AGRIETAMIENTO

VENTAJAS:

MEJORA EL ACABADO SUPERFICIAL QUE EL LAMINADO DADA UNA CALIBRACION MAS PRECISA QUE EL LAMINADO