UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Sector de Procesos Mecánicos

Transcripción

1 INGENIERÍA CIVIL EN MECÁNICA PLAN 2012 GUÍA DE LABORATORIO ASIGNATURA LABORATORIO PROCESOS MECÁNICOS CODIGO NIVEL 07 EXPERIENCIA C605 TREFILADO 1

2 1. OBJETIVOS GENERALES Familiarizar al alumno con el proceso de Trefilado. 2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.1. Demostrar la deformabilidad de los metales y aleaciones a la Trefilación Determinar experimentalmente magnitudes de algunas variables del proceso; fuerza, reducción, etc. 3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA El trefilado consiste en reducir la sección transversal del material al someterlo a un esfuerzo de tracción cuando se obliga a pasar a través de un cono duro denominado hilera, o dado generalmente de carburo de tungsteno.. Usando la hilera con la forma del orificio apropiada, es posible trefilar una gran variedad de secciones macizas y tubulares, tales como: cuadrados, hexágono, óvalos, varillas, alambres y perfiles especiales. La lubricación en el proceso de trefilado es esencial para mantener una buena calidad superficial y mayor vida útil de la hilera. Dentro de la lubricación se tienen los siguientes métodos. - Trefilado Húmedo: las hileras y el material a trefilar se sumergen totalmente en lubricante. - Trefilado Seco: el material a trefilar pasa a través de un contenedor de lubricante cubriendo la superficie del material a trefilar..- Capa del Metal: el material a trefilar está cubierto de un metal suave que actúa como lubricante sólido. - Vibración ultrasónica: se hacen vibrar las hileras y los mandriles, ayudando a reducir la fuerza de trefilación y permite reducciones más grandes por pasadas. 2

3 Las magnitudes del proceso son: do = Diámetro de entrada del alambre (si es redondo) d1 Ao = Diámetro de salida (mm) = Area central a la entrada (o) A1 = Area final a la salida (1) Fo = Fuerza tractora a la entrada (kp) F1 V1 σ1 Pto. 0 Pto. 1 ε μ = Fuerza de tracción a la salida = Velocidad del alambre a la salida (m/seg) = Tensión de salida = Indica comienzo de la deformación plástica = Indica final de la deformación plástica = Grado de deformación otorgado = Coeficiente de roce entre hilera y material 3

4 εo p H B σs σ = Deformación previa del material a la entrada = Presión entre herramienta y metal = Dureza Brinell = Límite de fluencia o resistencia a la deformación del material (kp/mm 2 ) = Tensión media del proceso г = Reducción de área = Ao A1 % Ao B = μ/tgα = μ/α si el ángulo de la hilera es pequeño R = Fuerza radial de separación al trabajo con hilera bipartida (split die) Nt = Potencia de trefilación Ne = Potencia eléctrica efectiva a la salida del motor del trefillador = V x I (kw) n = Rendimiento del trefilador 3.1. La expresión para la fuerza de tracción (salida) es: F1 = A1 σ1 En que σ1, según Sach Vale: σ1 = σs (1 + B) [1-[A1/Ao] B ] + σo(a1/ao) B + Δ σ1 B Según Δσ1 = Incremento de la tensión de la salida por efecto del trabajo redundante o como se le suele denominar, roce interno molecular, el cual tiene varios criterios de estimación: 4

5 a) Según Whitton, Δσ1 = σs x 2 (1 r) α 2 3 r b) Según Johnson, Δσ1 = σs x 3 (1 r) sen α 2 r c) La expresión según E. Eichinger para el incremento Δσ1 Δσ1 = σs x 2/3 α; deducida ésta de la fórmula de Siebel para F1 y σ1 ; con σo = o sin contratensión a la entrada; F1 = A1 σ є (1 + B + 2 α) en que 3ε 1 + B + 2α = f = coeficiente de trefilación 3ε 3.2. La expresión para obtener el ángulo óptimo correspondiente al mínimo esfuerzo de tracción de salida (fmín o σ mín) tiene dos criterios: a) Según Siebel, derivando δf1 / δα = 0 en 3.1 tenemos: αopt = 3 μ ε ; si Fo = o [3.2] 2 b) Según Avitzur, análogamente: αopt = 3 μ ε [ 3 [1 - ε/2 - σo / σ ]] 2 2 5

6 3.3 La ecuación para determinar el roce con aproximación a partir del ángulo óptimo, se puede obtener de la ecuación 3.2.; μ = 2 α 2 op 3є 3.4 La determinación más exacta y empírica del roce que a la anterior puede ser la expresión de Lavanchy: μ = ( Ao - A1 ) [ 1/tgα - R/P π ] + π d1 R π [ (Ao - A1) 1/tgα + π d1 ] + (Ao - A1) P 3.5. La potencia de trefilación Nt Nt = F1 V1 [k w] 3.6. El rendimiento del trefilador se determina por: n = F1 V1 en que Ne es la potencia eléctrica efectiva del motor o la red. Ne = V I 6

7 4.- MÉTODO A SEGUIR 4.1. Reconocimiento de equipo e hileras a utilizar Identificar y medir material a ensayar Medir fuerza de trefilado (F1) sin fuerza hacia atrás (F0=0), para un mismo diámetro de entrada e igual reducción de área pero con hileras con distinto ángulo Medir fuerza de Trefilado (F1) con F0=0, para un mismo diámetro de entrada y diferentes reducciones de Área, con hileras con ángulo constante. 5.- VARIABLES A CONSIDERAR 5.1 Características y condiciones del material a Trefilar 5.2 Tratamiento previo del material a utilizar 5.3 Características de las hileras a usar 5.4 Fuerza de Trefilado 5.5 Velocidad. 6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN 6.1 Aplicaciones del proceso de Trefilado 6.2 Variables del proceso y su influencia 7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR 7.1 Trefilador 7.2 Set de hileras 7.3 Pié de metro 7.4 Huincha de medir 7.5 Cronómetro 7

8 8.- LO QUE SE PIDE EN EL INFORME 8.1 Tapas establecidas por el DIMEC aplicando las disposiciones generales para la confección del informe. 8.2 Las características técnicas de los equipos e instrumentos utilizados. 8.3 Descripción del método seguido. 8.4 Gráficos de fuerza de Trefilado función del ángulo de hilera. 8.5 Gráficos de fuerza de Trefilado función de la reducción de Área. 8.6 Comparar resultados con gráficos. 8.7 Conclusiones. 8.8 El apéndice con: a.- Desarrollo de los cálculos. b.- Presentación de los resultados. Tabulados con la potencia en KW y HP. c.- Una tabla de datos para cada material. 9.- BIBLIOGRAFÍA 9.1 G. Dieter Metalurgia Mecánica 9.2 G. Rowe Conformado de los Metales 8