Practica 2 Conformado

 

 

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química  Carrera de Ingeniería Química Metalúrgica

“Práctica 2: Determinación del coeficiente de fricción ”.

Laboratorio: Conformado Mecánico. Profesor: Agustín Ruiz Ramirez Integrantes del equipo Martínez Martínez Montserrat Rodríguez Zepeda Vianey Fecha de Entrega: 1 de Noviembre 2019. Grupo: 8 Semestre lectivo 2020-1

 

 

Metodología:

*Método de balance de fuerzas: En este  mé méto toddo pa para ra dete etermin rminaar el coe oefi ficcien iente de fric fricci cióón, se tr traabaj ajóó con dos pie iezzas de al aluumini minioo en form formaa  de cilin ilindr droos, con ayud ayudaa de un vern vernie ierr se to tom mar aron on la lass med edic icio ione ness in inic icia iale less (d (dia iam met etro ro y al altu tura ra), ), a  cad cada uno de los los cilin ilinddros ros se le aplic licaron ron un má máxximo imo de cin incco y sie iete te car arggas, as, desp spué uéss de apli aplica carr cada  una de las las cargas rgas se rea realiz lizan las las me medi diccio ione ness del cil ilin indr droo; a un unoo de lo loss cil ilin indr droos se le aplicó un lubricante y al otro no. Una ve Una vezz term termin inad adoo el ensa ensayo yo,, se de dete term rmin inar aron on las las dime dimens nsio ione ness fi fina nale less de ca cada da pi piez eza, a, ca cada da un unaa de las piezas  fue cortada y se les realizó una preparación a la superficie para realizar ataque químico. *Método de límite superior: Pa Para ra dete determ rmin inaar  el coefi oeficcien iente de fric fricci cióón por por este mé méto todo do,, se tr traaba baja jaro ronn 8 pie iezzas (an (anil illo loss), 4 de al aluumi mino no y  4 de cobr cobree, se dete determ rmin inar aroon las las medid edidaas de la lass pie iezzas, co conn ayu yuda da de un ver ernnie ier, r, ante ntes de aplicarle algun lubricante y/o carga al mismo. A dos  de las piezas de alumini inio se les aplic licó una carga de 11 tonela laddas y 3.5 de velocidad, con y sin lubricante;  con las dos piezas restantes se trabajó a una velocidad de 7 y una carga de 10 tone tonela lada das, s, de  igua iguall ma mane nera ra con con y si sinn lubr lubric ican ante te.. La Lass cu cuat atro ro pi piez ezas as de co cobr bree se tr trab abaj ajar aron on co conn un unaa carg cargaa de  11 ton tonela elada dass, con una veloc locida idad de 3 y 7, co conn y si sinn lu lubbric rican ante te.. Pa Para ra ambo amboss mate materi rial alees se utilizó como lubricante una bolsa (grafito). Resultados: *Método del límite superior:

Tabla 1. Medidas de la pieza de aluminio sin lubricante. Antes de deformar

Después de deformar

Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ri/[cm]

0.4610

0.4625

0.3410

0.3445

re/[cm]

0.8972

0.8985

1.0707

1.0565

h/[cm]

0.5933

0.5987

0.3593

0.3627

Carga

11 toneladas

Velocidad

3.5

Tabla 2. Medidas de la pieza de aluminio con lubricante. Superficie

Antes de deformar Maq. Pulida

Después de deformar Maq. Pulida

ri/[cm]

0.4625

0.4582

0.4203

0.3977-

re/[cm]

0.8980

0.8992

1.1193

1.10083

h/[cm]

0.5950

0.6023

0.332

0.3447

Carga

11 toneladas

Velocidad

3.5

Tabla 3. Medidas de la pieza de aluminio sin lubricante. Antes de deformar

Después de deformar

Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ri/[cm]

0.4575

0.4530

0.3900

0.3800

 

 

re/[cm]

0.9025

0.8995

1.2500

1.0400

h/[cm]

0.5990

0.5870

0.3900

0.3500

Carga

10 toneladas

Velocida Velocidadd

7

Tabla 4. Medidas de la pieza de aluminio con lubricante. Antes de deformar

Después de deformar

Superficie ri/[cm]

Maq. 0.4500

Pulida 0.4595

Maq. 0.4225

Pulida 0.3700

re/[cm]

0.8450

0.8985

1.0750

1.0850

h/[cm]

0.5900

0.6070

0.3550

0.3750

Carga

10 toneladas

Velocida Velocidadd

7

Tabla 5. Medidas de la pieza de cobre sin lubricante. Antes de deformar

Después de deformar

Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ri/[cm]

0.4230

0.4440

0.4040

0.3675

re/[cm]

0.9015

0.8990

1.1285

1.1115

h/[cm]

0.600

0.5720

0.3320

0.3360

Carga

11 toneladas

Velocidad

3.5

Tabla 6. Medidas de la pieza de cobre con lubricante. Antes de deformar

Después de deformar

Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ri/[cm]

0.4525

0.4425

0.4380

0.4315

re/[cm]

0.9025

0.9010

1.1525

1.1480

h/[cm]

0.5800

0.5810

0.3230

0.3170

Carga

11 toneladas

Velocidad

3.5

Tabla 7. Medidas de la pieza de cobre sin lubricante. Antes de deformar

Después de deformar

Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ri/[cm]

0.4410

0.4455

0.3800

0.2180

re/[cm]

0.9015

0.8935

1.1165

1.0870

h/[cm]

0.6220

0.6010

0.3600

0.3680

Carga

11 toneladas

Velocida Velocidadd

7

Tabla 8. Medidas de la pieza de cobre con lubricante.

 

 

Antes de deformar

Después de deformar

Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ri/[cm]

0.4455

0.4455

0.4385

0.4265

re/[cm]

0.9015

0.9000

1.1445

1.1395

h/[cm]

0.6370

0.5820

0.3620

0.3580

Carga

11 toneladas

Velocida Velocidadd

7

Tabla 9.  Resultad tados de la dife iferencia de los rad radios intern rnoo y exte terrno de los anillo loss de alu lum minio, con velocidad de 3.5. Sin lubricante Con lubricante Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ΔRi/[cm]

0.1200

0.1180

0.0422

0.0605

ΔRo/[cm]

0.17354

0.1580

0.2213

0.2016

Tabla 10 Tab 10..  Re Resu sult ltaado doss de la dife iferen rencia cia de lo loss rad radios ios in inte tern rnoo y ex exte tern rnoo de lo loss ani nill llos os de alu lumi mini nioo, con velocidad de 7. Sin lubricante Pulida

Con lubricante Maq. Pulida

Superficie

Maq.

ΔRi/[cm]

0.0675

0.0730

0.0275

0.0895

ΔRo/[cm]

0.3475

0.1405

0.2300

0.1865

Tabla 11 Tab 11..  Re Resu sult ltaado doss de la dife iferen rencia cia de lo loss rad radios ios in inte tern rnoo y ext xteern rnoo de lo loss an anil illo loss de cob obre re,, co conn velocidad de 3.5. Sin lubricante Con lubricante Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ΔRi/[cm]

0.0190

0.0765

0.0145

0.0110

ΔRo/[cm]

0.2270

0.2125

0.2500

0.2470

Tabla 12 Tab 12..  Re Resu sult ltaado doss de la dife iferen rencia cia de lo loss rad radios ios in inte tern rnoo y ext xteern rnoo de lo loss an anil illo loss de cob obre re,, co conn velocidad de 7. Sin lubricante Con lubricante Superficie

Maq.

Pulida

Maq.

Pulida

ΔRi/[cm]

0.0610

0.2275

0.0070

0.0190

ΔRo/[cm]

0.2150

0.1935

0.2430

0.2395

 

 

*Base de cálculo del coeficiente de fricción por el método del límite superior:

Ejemplo de calculo:  Rn

m

=

4.31 ) + ( 1.2 ))/(( 10.707 ) + ( 1.2 )))   = 10.707 *  RAIZ  AI Z ((( 1.735 3.41 1.735 10.707

4.31 ) 2  I n(( * 10.707 4.31   Rn 10.707 2* 3.59 *(1+ 10.707 −2 * 10.707) −1

m

*

 Rn Rn ( 10.707 ) 2 + RAIZ   (3+( 10.707 ) 4) )   Rn 4.31 ) 4 +(  Rn ) 4 ) ( 10.707 ) 2 + RAIZ (3*( 10.707 10.707

= 0.6004  

μ=

0.6004

 

 RAIZ (3)

μ = 0.3466

Tabla 13. Coeficientes de fricción experimentales para el aluminio con y sin lubricante. Velocidad Lubricante Superficie Ⲙ  Sin 3.5 Con Sin 7 Con

Maq.

0.3466

Pulida

0.3917

Maq.

0.1110

Pulida

0.1512

Maq.

0.1185

Pulida

0.2540

Maq.

0.1030

Pulida

0.2422 

Tabla 14. Coeficientes de fricción experimentales para el cobre con y sin lubricante. Velocidad Lubricante Superficie Ⲙ  3.5

Sin Con

Maq.

0.0824

Pulida

0.1670

Maq.

0.0732

 

 

Sin 7 Con

Pulida

0.0691

Maq.

0.1507

Pulida

0.6709

Maq.

0.0756

Pulida

0.0872

*Método de balance de fuerzas:

Tabla 15. Datos del acero-aluminio sin lubricación. Dia. Inicial [m] 0.02517 Carga [Ton] Dia. Final [m]

Alt. F. [m]

Alt. Inicial [m]

0.05071

Área. [m2] Presión [Pa]

[2(a-r)/h]

ln P

3.3

0.0253

0.0507

5.023x10-4 

6.445x10 7 

2.368x10-3   

17.9813

4.8

0.0253

0.0505

5.027x10-4    9.367x107   

2.576x10-3   

18.3552

7

0.0255

0.0494

5.101x10-4    1.346x108   

6.374x10-3   

18.7180

9

0.0266

0.0414

5.563x10-4    1.587x108   

3.491x10-2   

18.8825

11

0.0290

0.0344

6.623x10-4    1.629x108   

0.1126

18.9088

12.9

0.0298

0.0292

6.991x10-4    1.810x108   

0.1599

19.0141

14.9

0.0314

0.0267

7.746x10-4    1.887x108   

0.2332

19.0557

 

 

Figura 1. Gráfico coeficiente de fricción fr icción acero-aluminio sin lubricante. Tabla 16. Datos del acero-aluminio con lubricación. Dia. Inicial [m] Dia. Final Carga [Ton] [m]

0.0252025 Alt. Inicial [m] Alt. F. [m] Área. [m2] Presión [Pa] [2(a-r)/h]

0.05079 ln P

3.2

0.0252

0.0507

5.002x10-4    6.277x107   

6.414x10-4   

17.9549

4.2

0.0253

0.0506

5.023x10-4    8.202x107   

1.729x10-3   

18.2225

7

0.0257

0.0497

5.173x10-4    1.327x108   

9.311x10-3   

18.7039

9

0.0257

0.0423

5.179x10-4    1.705x108    1.129x10-2 

11

0.0317

0.0317

7.885x10-4   

1.369x108   

0.2048

18.9540 18.7344

 

 

Figura 2. Gráfico coeficiente de fricción fr icción acero-aluminio con lubricante. Tabla 17. Coeficientes de fricción experimentales para acero-aluminio con y sin lubricación. Lubricación Ⲙ  Sin

3.1618

Con

101.2200

Tabla 18. Coeficientes de fricción teoricos.

 

 

Imagen 1. Cilindro de aluminio sin lubricante.

Imagen 2. Cilindro de aluminio sin lubricante.

Imagen 3. Cilindro de aluminio con lubricante.

Imagen 4. Cilindro de aluminio con lubricante.

Análisis de resultados:

Analizando el  método de balance de fue fuerza rzas aplicado a un cilin inddro de Al, con y sin lubricante te,, most mo stra rand ndoo los los  resu result ltad ados os obte obteni nido doss en la tabl tablaa 15 15,, 16 y 17 17;; po pode demo moss ob obse serv rvar ar qu quee el ci cili lind ndro ro co conn lubricante tiene  un mayor coeficiente de fricción debido a que el ensayo en este cilindro se realizó de  forma errónea, ya que se realizó de forma diagonal, es por ello que se obtuvo un coeficiente de fricción mayor. Observando la  gráfica 1 y 2, se ve que la pendiente no es recta como debería de ser en el modelo de bala balannce  de fue fuerza rzas, est stoo se debe ebe a que que est stee mo mode delo lo no con onsi sidder eraa el ca camb mbio io de pro ropi pieeda daddes, es, el abarr rriilamien iento ni  el cambio en la altu ltura en los los materiale less cuando esto toss se deforma rman, por ello el coeficiente de fricción es muy alto. En las las  im imáágen genes 1,2 1,2,3 y 4 se obs observ erva la macro acroeest stru ruct ctur uraa de la lass dos pie iezza de alu lumi minnio io,, ta tannto sin y con con lubr lubric icaante nte  resp respeectiv ctivaamen mente. te. En ambo amboss casos asos se ob obse serv rvaa que en el cen centr troo de la pie iezza el gra ranno se refino  y no creció, ya que no se aumentó la temperatura, el refinamiento de grano ocurre debido a  que se formaron colinas de fricción , ya que la presión en el centro de la pieza era mayor y  alcanzó su máximo de fuerza. En las orillas de la pieza la presión fue menor por ello hubo una menor deformación y el grano no se refinó en esta zona. En la  piezel a cmaterial on lubrifluye cante del (Imcentro ágenesde3 lay pieza 4) se alpuexterior, eden verlounque os ggenera ranos el enabarrilamiento. el centro qué no se refinaron, En la  pieza sin lubrica icante (Imágenes 1 y 2) se pueden observar mejor las lí línneas de flujo. Con el uso de lubricante se obtienen un mejor acabado superficial. La fricción  qué es un fenómeno de superficie, tiene efecto en el material ocasionando que la  presión en  el centro de la pieza sea máxima, generando una mayor deformación y la refinación del grano; la diferencia de presión entre el centro y los extremos de la pieza genera anisotropía. Analiz Anal izan ando do los los  res resulta ltados dos de coef coefic icie iennte de fric friccción ión del alu lum min inio io y de dell obte tennid idos os med media iant ntee el método de  límite superior (Tabla 13 y 14), el coeficiente de fricción disminuye a bajas velocidades, esto  ocurre debido a que, una baja velocidad de deslizamiento favorece la form formaació ción de  enlac laces qu quím ímic icos os entr entree las las super uperfi fici ciees. El us usoo de un lu lubbri riccant ntee ta tamb mbié iénn afe feccta el coeficiente de  fricción, como se observa en la tabla 13 y 14, donde se puede observar que el coeficiente disminuye  cuando a la pieza tenía un lubricante, y comparando así mismo la velocidad, se  ve que a bajas jas velocidades y con lub lubri riccante el coefic iciiente fue menor, ya que, los los efe efectos tos que  fac facilit ilitan an el tra trans nspporte orte de lub lubric ricante nte de un unaa zo zona na a otr traa de la pie iezza son mejo mejore ress a ba baja jass velocidades.

 

 

El coeficiente  de fricción es mayor cuando no se utiliza un lubricante, debido a que hay más adhesión. Comparando los  resultados para los anillos de aluminio y de cobre (Tabla 13 y 14), se puede apreciar que  el Cobrere- Acero tie tiene un coefici iciente de fricción menor al del Alu lum minio-a -accero, lo que concuerda con lo reportado en la Tabla 18 de valores de coeficientes de fricción teóricos El acab cabado ado  de las las superf perfic icie iess pr preese sent ntaa camb mbio ioss en lo loss va valo lore ress de dell coe oefi fici cieent ntre re de fr fric ició iónn don onde de este este aum umen enta ta  en una una su supperfi erficcie má máss lis lisa, para ara amb mboos cas asos os,, esto esto se deb ebee a qu quee el áre reaa de con onta taccto ve velo realoci l cida cdad recde 3. 3.5 e5x cyescon co ivnam lubr lunbric etican e.ante Ste, in, resu reesult mbltaargse ser or ma mayo losyor vralen orelas su supe deperf crfic oicie efie icimaqu ma entquin e inad deada fariqu que ccieóen n dlaelsu supe Cperf obrfic ricie e iea  pulida ya  que las asperezas del material rugoso el cual es más duro (Acero) no le permiten desp de spla laza zars rsee de dent ntro ro  de la su supe perf rfic icie ie rugo rugosa sa má máss su suav avee (C (Cob obre re), ), cu cuan ando do el de desl sliz izam amie ient ntoo oc ocur urre re en un área mucho mayor de la superficie suave puede ser compartida con la superficie dura. Conclusiones:

meto todo dolo logí gías as para para la dete determ rmin inac ació iónn de dell co coef efic icie ient ntee de fr fric icci ción ón(( Méto Método do de dell Se esta establ blec ecie iero ronn  dos dos   me límite de  superior y balance de fuerzas), con las cuales se logra determinar el coeficiente de fricción con  y sin lubricante; en anillos de Cu y Al, así como cilindros de Al. Ambas técnicas consideran la compresión homogénea y heterogénea. La ve velo loci cida dadd  de dell pi pist stón ón infl influy uyee dire direct ctam amen ente te so sobr bree el va valo lorr de dell co coef efic icie ient ntee y el us usoo de dell lu lubr bric ican ante te en este  caso grafito, to, experimentalmente se determin rminóó que el coeficiente de fricción para las  piezas con  lubricante fueron menores a las que no lo utilizan. El lubricante aumenta la capacidad de defor eform mació aciónn,  ya que es este te dism isminu inuye los los es esfu fueerzo rzos de cor orte te gen ener eraado doss sob obre re la sup uper erfi fici ciee de contacto. El uso de lubricante mejora el acabado superficial. El coeficiente  de fricción influye en el esfuerzo de fluencia, así como en la presión de deformación. Las condicion iones  óptimas para obtener un coeficiente de fr friicción menor, son tr traabajar a bajas velocidades, con uso de lubricante. En cada  uno de los los casos el cociente de fri fricción es más grande cuando ya se encuentra púli liddo a cuando se encuentra en maquinado Bibliografía: ●

●

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Jose Bedolla,  Efren ren Sanchez. “Estim imaación de factore ress de in inttensid idaad de esfuerzos en sistemas mecánicos con fricción”. Universidad tecnologica de Tlaxcala, 2014. Fran Franci cisc scoo Ma Mart rtin inez ez..  “L “Laa trib tribol olog ogía ía:: Cien Cienci ciaa y té técn cnic icaa pa para ra el mant manten enim imie ient nto” o”.. Li Limu musa sa,, México, 2002. Edu duar arddo Do Dom míng ínguez uez  (20 (2008 08), ), “Obte Obtennció ción del co coef efic icie iennte de fr fric icci cióón med edia iannte pru rueeba bass mecánicas” (Tesis de maestría), Universidad Autónoma de Nuevo Leon.