Trabajo de Forjado Cálculo del trabajo necesario para el proceso de forjado

Trabajo de Forjado

Cálculo del trabajo necesario para el proceso de forjado

Para algunos equipos de forjado también es necesario conocer la energía total que se gasta al deformar la pieza de trabajo. Se puede obtener repitiendo los cálculos para la fuerza de la prensa Pa en varios puntos (disminuyendo progresivamente h) en la carrera. De esta manera se define la curva fuerza-desplazamiento. La fuerza se incrementa porque el área A1 aumenta rápidamente. El área bajo la curva tiene dimensiones del trabajo (trabajo = fuerza x distancia). Así, el trabajo o energía Ea que deben ser suministrados por la prensa o por el martinete se puede obtener por medio de la integración gráfica o numérica de esta área. Cuya integración numérica consiste en calcular las áreas de figuras planas conocidas, que se encuentran por debajo de la curva y sumar cada una de ellas.

[pic 1]

Tomado de: Procesos de Manufactura John A. Schey 3ra edición p. 321

El área bajo la curva de esa sección será:

[pic 2]

De modo que mientras más intervalos sean registrados por el medidor de longitud, más pequeños serán los intervalos y más exacto será el valor de energía.

Para calcular el trabajo de deformación de un material metálico, es necesario antes medir la deformación y tabularla en función del esfuerzo, debido a que la energía al ser una propiedad derivada y el trabajo al ser la variación de la energía, no se puede medirla directamente. A su vez por definición:

[pic 3]

Lo que significa que podemos aproximarlo a  donde S sería la deformación.[pic 4]

Construcción de la curva de trabajo de forjado

Es importante tener presente que el trabajo está dado como fuerza por desplazamiento; en lo que respecta a la fuerza, es la impartida por la prensa y el desplazamiento es la deformación sobre el material de forjado, e incluso sobre la misma prensa. Esto último comprende un análisis que se dará más adelante.

La curva del trabajo de forjado permite observar gráficamente la energía que se debe transferir al material que está siendo conformado, hasta alcanzar la deformación máxima sobre éste. Para realizar la gráfica del trabajo se hace necesario una serie de operaciones en cada punto de la carrera de la prensa en el proceso, esta serie de operaciones se le llamará cálculos repetitivos justamente por ser necesario realizarse cada vez que se incremente la deformación sobre la pieza de forjado.  La serie de operaciones que se deben repetir queda de la siguiente forma:

1. Encontrar el volumen inicial del material a forjar. Que estará en función de las dimensiones iniciales del material. Para este caso:

[pic 5]

1. Teniendo en cuenta la conservación del volumen, definir las dimensiones finales del material por medio de

[pic 6]

Y

[pic 7]

1. Por medio de la variación de la altura del material de forjado se mide la deformación , teniendo en cuenta la conservación del volumen.[pic 8]

[pic 9]

1. Calcular el esfuerzo de fluencia en el trabajo en frío, la deformación real es

[pic 10]

1. En el trabajo en caliente es necesaria la tasa de deformación

[pic 11]

1. Calcular el esfuerzo de fluencia relevante. En el trabajo en frío:

[pic 12]

En el trabajo en caliente:

[pic 13]

1. Calcular la presión de la matriz, para lo cual se deben verificar los efectos de estado de esfuerzos, la fricción y la no homogeneidad de la deformación.

1. La fuerza de presión  es la presión en la matriz multiplicada por el área de contacto, el área sobre la cual actúa la presión. Si se considera el punto final, donde las fuerzas son mayores, se encuentra el tamaño necesario de la prensa:[pic 14]

[pic 15]

1. Para determinar la energía transmitida durante el proceso, en últimas, el trabajo, se repite el cálculo para determinar la fuerza de presión de la matriz para cada uno de los puntos en los que se disminuye progresivamente la altura del material de forjado durante la carrera de la prensa. El área bajo la curva de fuerza-desplazamiento da como resultado el trabajo o energía de forjado durante la operación.

Medición del trabajo de forjado

Los equipos hidráulicos incorporan un medidor de fuerza que registra datos en tiempo real de manera digital y que a su vez está relacionado con la deformación, con lo cual arroja una gráfica de trabajo similar a la encontrada en los textos.

La manera en que estos equipos realizan cálculos y muestran directamente los valores de energía registrados durante el proceso es mediante softwares ingenieriles, en los que se aplica el método trapezoidal simple, que por medio del mismo, se obtiene un valor aproximado al área bajo la curva de trabajo que viene dada por una serie de puntos que ubican un desplazamiento con relación a la fuerza de presión aplicada, cada uno de dichos puntos. La fórmula por la que se determina el área bajo la curva es:

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