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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO PARA PRUEBAS DE EMBUTICIÓN DE LÁMINAS METÁLICAS TIPO ERICHSEN”PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICOFRANCISCO XAVIER CABRERA LOZADARÍO ABEL CISNEROS FIGUEROADIRECTOR: ING. HERNÁN OJEDA CODIRECTOR: ING. BORYS CULQUISangolquí, 26 DE JULIO DE 2012
Dedicatoria y Agradecimientos Agradezco a Dios por haberme otorgado una familia maravillosa, quienes han creído en mí siempre, dándome ejemplo de superación, humildad y sacrificio; enseñándome a valorar todo lo que tengo. A todos ellos dedico el presente trabajo, porque han fomentado en mí, el deseo de superación y de triunfo en la vida. Lo que ha contribuido a la consecución de este logro. Espero contar siempre con su valioso e incondicional apoyo. FRANCISCO
Dedico este proyecto a mis padres y hermano, quienes me brindaron su confianza y apoyo absoluto a lo largo de mi vida y de mi carrera. Agradezco a mi familia y mi novia por el aliento que supieron transmitirme durante el proceso del presente proyecto. También agradezco a la Carrera de Ingeniería Mecánica y todos los profesionales que la conforman, por todos los conocimientos impartidos, en especial a nuestros directores de tesis por sus consejos y recomendaciones. DARIO
OBJETIVO GENERAL Determinar el grado de Embutibilidad de láminas metálicas utilizadas en la industria metalmecánica en procesos de embutición, a través de ensayos normalizados tipo Erichsen.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Diseñar y construir un equipo tipo Erichsen. • Realizar una serie de ensayos normalizados en distintos tipos de láminas metálicas. • Desarrollar procedimientos estandarizados para ejecutar el ensayo Erichsen. • Simular el comportamiento de las láminas metálicas ensayadas mediante un software CAE.
Embutibilidad: Característica que determina la resistencia de un material a ser embutido y está relacionado directamente con su ductilidad.
Embutición: Transformar una lámina metálica plana en un cuerpo cóncavo.
Determinación de los Desarrollos Recipiente Cilíndrico: =
Fuerza del Punzón para Embutir • La fuerza ejercida por el punzón en una embutición depende de: • Diámetro del Punzón • Diámetro del desarrollo del disco inicial • Espesor de la lámina metálica • Resistencia de la lámina a la tracción Donde: P = Fuerza necesaria para embutir (Kgf) d = Diámetro del punzón (mm) sc = Espesor de la lámina (mm) Kct = Resistencia de la lámina a la tracción (Kgf/mm2). D = Diámetro del desarrollo del disco (mm).
Fuerza de Sujeción de la Lámina Metálica La fuerza que ejerce el pisador sobre la lámina, tiene mucha importancia ya que una fuerza muy baja produce arrugas en los bordes de la lámina y una fuerza muy alta produce un excesivo alargamiento de las fibras. Donde: Fsuj: Fuerza de sujeción de la lámina (Kgf). D = Diámetro del disco de la lámina metálica en contacto con los dados (mm). dm = Diámetro externo de la pieza embutida (mm) p: Presión específica unitaria del pisador (Kg/cm2).
Presión Específica Unitaria del Pisador para Diferentes Materiales
Defectos al Embutir Formación de Arrugas
Ensayo ERICHSEN • Usado para evaluar la embutibilidad de láminas de material metálico. • Se realiza una embutición mediante un punzón de forma y dimensiones prefijadas. • El ensayo termina el momento que la lámina se fracture o se agriete. • La profundidad de la embutición en mm recibe el nombre de índice Erichsen (I.E.) y expresa la aptitud de la lámina para ser embutida.
Baja Ductilidad al Embutido Embutición Simple: Una sola fase, sin pisador, piezas con poca profundidad.
Mediana Ductilidad Embutición Doble Efecto: Una sola fase, con pisador, piezas con mayor profundidad.
Alta Ductilidad al Embutido Profundo Embutición Profunda: Varias fases, con pisador, piezas con gran profundidad.
Estándar ASTM E643-09 • No debe existir ningún movimiento de la lámina bajo la acción de la fuerza de sujeción. • Se ensaya la lámina hasta que esta se fracture o la carga de embutición caiga. • El Índice Erichsen debe ser medido dentro de por lo menos ± 0.05 mm. • La prueba se aplica a láminas entre 0.2 y 2 mm de espesor.
Las superficies de contacto con la lámina del dado superior (pisador), dado inferior y punzón deben ser rectificadas. • El punzón debe tener cabeza esférica y una dureza de 62 HRC. • La superficie de contacto de los dados con la lámina debe tener una dureza de 56 HRC. • Un mínimo de 3 pruebas deben ser realizadas para cada material.
Las probetas de prueba pueden ser circulares o cuadradas (mínimo 90 mm). • Se debe lubricar solamente la cabeza esférica del punzón. • La rotura de la lámina debe ocurrir en la región superior de la copa formada. • El I.E. se debe medir desde el momento en que el punzón hace contacto con la lámina.
Parámetros de Operación para el Diseño del Equipo Erichsen Una vez analizado el procedimiento del ensayo tipo Erichsen bajo las condiciones de la norma ASTM E643-09, es claro que existen 3 principales parámetros del equipo a diseñar y son: • Fuerza de Embutición. • Fuerza de Sujeción. • Medición del índice Erichsen.
Medición del Índice Erichsen: • Pie de rey (0.05mm) debidamente instalado en el punzón. • Sistema de encerado. • Caída de carga en manómetro acoplado al sistema de embutición.
Análisis de Resultados Probetas:
