DOBLADO: Es una operación que consiste en variar la forma de un objeto de plancha metálica, sin alterar el espesor, de modo que todas las secciones sucesivas sucesivas sean iguales. Si el elemento a doblar tiene mucha longitud, se obtiene en una máquina plegadora, pero los elementos relativamente cortos se pueden doblar en matrices o troqueles montados en prensas.
Útiles dobladores simples: Útil doblador en V: Consta de la matriz de doblar y el punzón doblador. Tanto la matriz y el punzón deben tener un ángulo α´=α-β, siendo β el ángulo de recuperación del material.
La base de la matriz debe ir redondeada con un radio r=2e como mínimo, para facilitar la flexión de la pieza. El útil va provisto de topes t opes posicionadores, situados sobre sobre la parte superior de la matriz. Con esta clase de útiles se pueden obtener piezas dobladas con perfiles complejos; ello exige un estudio del proceso a seguir, pues de lo contrario puede suceder que no sea posible realizar todos los dobleces en el útil. La siguiente figura muestra el orden a seguir para obtener la pieza. Es imprescindible efectuar en primer lugar los dos dobleces extremos (abajo). A veces interesa modificar la forma del punzón y matriz para permitir el doblado.
Doblador en V provisto de expulsor sujetachapa: Pueden darse desequilibrios de las fuerzas de rozamiento de la chapa contra los bordes de la matriz, para que esto no suceda se usa una matriz con expulsor sujetachapa. La chapa es sujetada entre el punzón y el expulsor, el cual desciende a medida que lo hace el punzón, hasta que apoya contra la Apuntes de Procesado de Chapa.
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matriz, en cuyo instante se alcanza el final de la operación; un muelle impulsa hacia arriba al expulsor cuando cesa la acción del punzón, expulsando la pieza.
Útil para doblar en U y en L: El doblado en U puede ser realizado en un solo golpe de prensa. La figura representa el útil necesario, la chapa a doblar se coloca sobre la matriz (a), el punzón desciende y aprisiona la chapa contra el expulsor sujetachapa, y en su descenso, se efectúa el doblado en U (b).
Si no colocáramos el expulsor, la pieza se curvaría al efectuar el doblez, además la pieza una vez doblada, quedaría adherida a los laterales de la matriz debido a la tendencia a abrirse por su elasticidad, por eso la pieza nunca se quedará adherida al punzón.
Los bordes de la matriz deben ser redondeados con un radio r=2e. También podemos hacer dobleces en L, para ello basta que la chapa se apoye tan sólo sobre el expulsor sujetachapa y uno de los lados de la matriz.
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Útiles de doblar para obtener formas cerradas: Cuando se quiere fabricar chapa de perfil tubular, de sección cuadrada, rectangular, circular, de forma cerrada, es necesario recurrir a un doblado previo en V o en U y después, auxiliándose de un núcleo de dimensiones adecuadas, se efectúa la operación de cerrado del tubo. a) Se efectúa un doblado doblado en U. b) Se introduce un núcleo dentro dentro de la pieza doblada, se cierra el perfil perfil gracias a la acción de un punzón con V interior. c) Finalmente, un punzón punzón plano plano cierra el perfil. Luego se extrae el núcleo. núcleo.
Para obtener un perfil circular, primero se hace un doblado en U con fondo semicilíndrico, luego se procede al cerrado del tubo, auxiliándose de un núcleo, mediando un punzón adecuado.
Útiles dobladores de acción múltiple: Realizan dos o más dobleces en distinto sentido. Están equipados de punzones, matrices y elementos móviles que facilitan la operación.
Útiles dobladores de doble acción: Hacen trabajar al punzón como tal y como matriz o a la matriz como tal y como punzón. En la figura observamos un punzón principal (1), que a su vez, hace de matriz,; de la matriz (2) y del punzón auxiliar (3), que trabaja contra el punzón (1) en la parte en la que se comporta como matriz. En la primera figura el útil realiza dos operaciones sucesivas de doblado en U. El primer doblado lo hace sobre la matriz (2); durante esta operación el punzón auxiliar móvil (3) desciende hasta hacer tope, como el punzón principal (1) continúa descendiendo, se efectúa el segundo doblado, obteniéndose la pieza. Apuntes de Procesado de Chapa.
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En la siguiente figura, la chapa a doblar es aprisionada entre el punzón auxiliar (3) y el expulsor sujetachapa (5); el punzón auxiliar (3) efectúa el primer doblez en U de la pieza contra el punzón (1). Continúa bajando el punzón y las alas de la U chocan contra la matriz (2) doblándose sobre el punzón (3).
Útil doblador con matriz móvil con desplazamiento vertical: Consta de dos matrices móviles (1) que se desplazan por unas guías inclinadas cuando sobre ellas presionan los topes (6), pues los resortes (2) se encargan de mantener elevadas las matrices. La chapa a doblar (P) se coloca sobre las matrices, el cabezal punzonador desciende y el punzón (5) aprisiona la chapa contra el sujeta chapa (3) y se efectúa la primera operación de doblado en U, continúan su descenso el cabezal punzonador, los topes (6) entran en contacto con las matrices, obligándolas a descender oblicuamente, terminado la operación. Cuando el cabezal punzonador se retira, los resortes (2) elevan las matrices (1). La pieza sale enganchada en el punzón y se extrae lateralmente.
Útil doblador de matriz móvil con desplazamiento horizontal: La siguiente figura representa este útil en el momento de finalizar la operación de doblado de la pieza. Antes de iniciar el doblado, la chapa se coloca sobre las matrices (4) y el sujetachapa (7), que Apuntes de Procesado de Chapa.
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estará a nivel con la cara superior de las matrices; la pieza quedará cerrada entre los topes (3); el punzón (1) efectúa el doblado de la U; después las levas (2) obligan a desplazarse a las matrices (4) horizontalmente, cerrándose contra el punzón y efectuando el doblado de la pieza. El punzón va montado elásticamente para ceder tan pronto como alcanza el fondo de la matriz. Durante el ascenso del cabezal punzonador, las matrices (4) se retiran rápidamente bajo la acción de los resortes (5) que actúan sobre los tornillos (6) roscados a aquéllas; a continuación se retira el punzón (1) y se extrae la pieza lateralmente de él.
Útil doblador con matriz giratoria: La figura representa tres fases del trabajo de este útil. Consta del punzón (1), matriz en U (2), sobre la que van montadas las matrices cilíndricas giratorias (4), las cuales se mantienen en posición de reposo por la acción del muelle (6) y los topes (5). La chapa se coloca en la matriz (2) entre dos topes de centrado (a) y apoyada sobre el sujetachapa (3); el punzón (1) desciende y realiza el doblado en U (b); en su descenso, la cara inferior del sujetachapa (3) hace tope contra un extremo de las matrices (4), obligándolas a girar (c), y en este movimiento, el otro extremo de las matrices giratorias realiza el doblado de la chapa, o sea, cierra las alas de la U previamente doblada. En el ascenso del punzón (1), éste y el muelle (6) obligan a las matrices giratorias a quedar en su posición primitiva. La pieza se extrae lateralmente del punzón.
Útil doblador con matriz oscilante: Semejante al anterior. En la figura (a) se inicia el doblado, en (b) el final de la operación. La pieza a doblar se coloca sobre los apoyos (1); el punzón aprisiona la pieza contra las matrices (2) y las obliga a girar alrededor de su eje de articulación (3), las matrices vencen la resistencia del Apuntes de Procesado de Chapa.
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resorte (5) a través de las varillas (4). La operación finaliza cuando las matrices hacen tope con la base (b). Cuando asciende el punzón, las varillas impulsan a las matrices que alcanzan su posición inicial. La pieza se extrae del punzón lateralmente.
Útil doblador con punzón móvil de desplazamiento vertical: Compuesto por dos punzones móviles (1 y 3), que trabajan contra las matrices (4 y 2) respectivamente. En (a) el útil está en el instante en el que el punzón (1) aprisiona la chapa a doblar contra el punzón (3). Continuando el descenso, el cabezal punzonador obliga a que los punzones móviles (1 y 3) venzan la resistencia de sus respectivos resortes, produciendo el doblado; el punzón (1) realiza el dobles (m) contra la matriz (4) y el punzón (3) realiza el dobles (n) contra (2).
Útil de punzón móvil con desplazamiento horizontal: La chapa para doblar se coloca sobre la matriz (2); al descender el cabezal punzonador, el sujetachapa (1) aprisiona a la pieza contra la matriz (2); a continuación los punzones (3) efectúan el doblado de la U para que los punzones horizontales (4), accionados por una cuña de los punzones (3), doblen las pestañas de la pieza, terminándola. El cabezal punzonador asciende y se retiran los punzones horizontales bajo la acción del resorte (5). La pieza se extrae lateralmente de la matriz.
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Útil doblador con punzón móvil oscilante: Provisto de dos punzones oscilantes (1 y 2); el 1 efectúa el doblado en L del extremo derecho de la pieza y luego hace el doblez angular en el extremo del ala de la L, ya que en su descenso primeramente baja recto y después oscila sobre su eje (4), obligado por la leva (3); el punzón (2) realiza el curvado de la pieza. Los resortes (7) obligan a los punzones (1 y 2) a abrirse cuando el cabezal punzonador asciende. El útil va equipado de sujetachapa (8) y de un soporte (6) que sirve de apoyo a la chapa (punto y raya).
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Estudio teórico del Doblado: Este proceso provoca alargamiento en las fibras exteriores y acortamiento en las interiores, o sea, tracción y compresión. Si el doblado se produce en la región elástica del material las tensiones σ de tracción y compresión, crecen proporcionalmente a la distancia de la línea neutra. Si deseamos un doblado permanente, las fibras externas son sometidas a una tensión superior al límite elástico, con lo que la variación de las tensiones ya sólo es lineal en las proximidades de la línea neutra. Cuando ha acabado la deformación que ha originado el doblado, la pieza tiende a volver a su forma primitiva, en proporción tanto mayor cuanto más duro es el material de la chapa. Este fenómeno se debe a la elasticidad que poseen los metales. Al cesar el esfuerzo se recupera parcialmente la chapa, por lo que el ángulo de doblado ha de calcularse teniendo en cuenta que en el material se produce una recuperación elástica al cesar el esfuerzo, con lo que la pieza se abre, resultando un ángulo de doblado menor que el propuesto, es decir, la pieza presenta un ángulo de abertura mayor. Al aumento angular correspondiente lo llamaremos ángulo de recuperación elástica ( β ). ). β depende principalmente de la clase y dureza del material, así como del grado de deformación. Se le relaciona con el factor de doblado que es la razón del radio mínimo interior (ri) y el espesor (e), o sea, ri/e. Según Mäkelt, podemos usar la tabla con los siguientes valores de β para distintos materiales.
Situación de la fibra neutra: Sabemos que en la sección transversal de un sólido en flexión existe una línea que no está ni comprimida ni alargada, es la que nos interesa para el cálculo del desarrollo. No siempre se halla esta línea en la mitad exacta de la chapa a doblar, sino que toma una posición diferente según el tipo de material. Hay que tener en cuenta que después del doblado, la longitud de la pieza no es la misma que antes, resulta mayor en la parte doblada. Teóricamente podemos tener la fórmula aproximada de la longitud final en función de e, ri y α, considerándola como un arco de circunferencia de radio ri + e/2 y ángulo α. (Figura derecha). Así, tendríamos: l
(r 180 α
= π
i +
e
2
)
Hemos supuesto que la distribución de los alargamientos es uniforme a lo largo del doblez, sin embargo, no es así, si no que su repartición no es uniforme. Cuando se desea hacer cálculos exactos hay que tener en cuenta esta falta de uniformidad. Determinación de los desarrollos: El desarrollo de una pieza doblada es la forma o patrón que debe tener antes de ser sometida al doblado. Los desarrollos deben efectuarse sobre la línea neutra del doblez del material, o sea, sobre la fibra que no experimente ni alargamiento ni acortamiento. Apuntes de Procesado de Chapa. Pág. 68
Como hemos comentado antes, si consideramos que la línea neutra está en la mitad del espesor aplicamos la fórmula de arriba. Pero debemos tener en cuenta que la distancia de la línea neutra al exterior (x) de la chapa varía según sea el espesor de ésta. •
Podemos adoptar los siguientes valores aproximados:
•
Si e ≤ 2 mm Si 2 < e < 4 mm Si e ≥ 4 mm
x = e/2 x = 3e/7 x = e/3
Si deseamos obtener la distancia de la línea neutra de manera más exacta, es recomendable realizar pruebas prácticas de doblado con pequeñas tiras de mismo material que se va a doblar y a la vista de los resultados obtenidos, determinar la posición de la línea neutra y obtener la longitud de desarrollo. Tomamos una pequeña tira de chapa abcd y la doblamos con radio interior r que que se desee, obteniendo la pieza abfg . Naturalmente, la longitud L del desarrollo, ha de coincidir con la longitud de la línea de desarrollo correspondiente a la pieza doblada, según observamos en la figura, así tenemos que: L
=
x
=
l+
2π R 4
+
h , y como R = r + x , obtenemos que:
2( L − l − h)
−
r
π
Así, midiendo la longitud antes del doblez L, y las longitudes posteriores a la transformación l y h , y conociendo el radio de doblado r , podemos determinar fácilmente la posición de la fibra neutra (x ( x ). ). Conociendo la posición de la fibra neutra, calculamos fácilmente la chapa que necesitamos para obtener una pieza doblada. Ejemplos 1 y 2. También se puede usar los resultados de la Tabla 1, considerando la relación entre el radio interior r de curvado y el espesor e de la chapa para hallar la posición de la fibra f ibra neutra x.
r/e
x
0,2 0,5 1 2 3 4 5 10
0,347 e 0,348 e 0,421 e 0,451 e 0,465 e 0,470 e 0,478 e 0,487 e
Ejemplo 3. Después de haber localizado la posición de la línea neutra, se puede calcular la longitud o desarrollo del elemento doblado. La sección transversal del elemento doblado contiene siempre líneas rectas y curvas. Para calcular el desarrollo consideramos por separado las líneas rectas de las curvas, luego se suman los valores hallados y obtenemos el desarrollo total de la línea. Apuntes de Procesado de Chapa.
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El desarrollo puede expresarse por:
L = (h + r + e) + (l + r + e) − 2(r + e) +
π
2
(r + x )
o bien;
L = h1 + l1 − 2( r + e) −
π
( r + x )
2 Si al valor entre corchetes lo llamamos K
K = 2(r + e) −
π
2
(r + x )
Así tenemos, para un doblado: L = h1 + l1 − K Para dos doblados a 90º: L = h1 + l1 + m1 − 2 K Y para tres doblados a 90º: L = h1 + l1 + m1 + n1 − 3K Y así sucesivamente. Con las fórmulas anteriores y la Tabla II se simplifican notablemente los cálculos para hallar los desarrollos l de las chapas de espesor e dobladas a 90º según un radio interior r.
Tabla II: Valores de la constante K para el doblado a 90º de chapas hasta 4 mm de espesor. Los valores intermedios de r se calculan por interpolación.
Ejemplos del 4 al 9: Esfuerzos de Doblado: Una chapa metálica, para el doblado en V, puesta sobre una matriz de doblar se comporta como un sólido apoyado en los extremos y cargado en el centro, según la figura. El momento flector de la fuerza exterior se expresa por: Mf =Fl/4 Y debido a la tensión interior; tenemos Mf = σ d
I z
, siendo:
I: momento de inercia de la sección respecto a la línea neutra. z: distancia máxima de las fibras a la línea neutra. σd: tensión por flexión necesaria para la deformación permanente y para el prensado del fondo. Para la sección rectangular e.b, tenemos que F d
=
2.σ d .b.e 3.h
I z
=
b.e 2 6
, e igualando los momentos y despejando F:
2
, en donde según Schuler y Cincinnati σd = 2.σR (tensión de rotura a la tracción del
material). Apuntes de Procesado de Chapa.
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Para el doblado en V se han propuesto, entre otras, las fórmulas de: Oehler-Kaiser: F = 1,5
be
2
h
τ R
, siendo τR la resistencia a la rotura a
la cortadura en kg/mm2. Hilpert: F =
5be 3h
2
σ R
Otras fórmulas aproximadas, son las siguientes:
Doblado en V:
F d
=
Doblado en L:
F d
=
Kc.b.e 8 Kc.b.e
2 Kc.b.e
F d = Doblado en U: Siendo Kc la la resistencia a la cizalladura del material. Las fórmulas son válidas con radio interior r = e , para radios mayores el esfuerzo es menor.
Fuerza del sujetachapa: En el doblado en L o en U, para evitar la deformación de la chapa es conveniente que el sujetachapa presione con una fuerza de 0,4 F d d.
Problemas de Doblado: 1.- Un trozo de chapa de longitud 76,2 mm y de espesor 3,2 mm, ha sido doblada a 90º para realizar una prueba. Se desea hallar el valor de x, sabiendo que: h = 19 mm, l = 31,75 mm y r = 15,05 mm.
2.- Para una chapa del mismo material anterior con espesor 2 mm, si la doblamos a 90º hallar el valor de x.
3.- Una chapa de espesor 2 mm debe doblarse con un radio de curvatura interior de 10 mm. Obtener la posición de la línea neutra usando la Tabla I.
4.- Calcular el desarrollo del elemento de la figura f igura usando valores aproximados, Tabla I y Tabla II.
5.- Calcular el desarrollo del elemento de la figura (derecha) por las tres formas conocidas.
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6.- Calcular la longitud real desarrollo, por los tres métodos, para un doblado a 90º con l 1 = 30 mm, l2 = 40 mm, e = 2,5 mm y ri = 4 mm. Hallar el perfil del punzón sabiendo que la chapa es de latón semiduro..
7.- Calcular el desarrollo de la pieza siguiente, teniendo en cuenta que los redondeos tienen un radio interior de 2 mm y que la pieza es simétrica. Espesor = 2 mm.
20
0 1
15
8.- Calcular el desarrollo de la pieza siguiente, teniendo en cuenta que los redondeos tienen un radio interior de 3 mm.
40
0 9
0 5
120
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9.- Dibujar y acotar el desarrollo de la pieza siguiente, sabiendo que en un ensayo de doblado se han obtenido los resultados indicados en el esquema inferior.
10.- En el ejercicio 4, si el material de la chapa es acero determinar el ángulo del punzón y de la matriz. Calcular la fuerza de doblado necesaria según las fórmulas de Schuler y Cincinnati y Hilpert. El ancho de la chapa es 100 mm.
11.- En el ejercicio 5, si el material de la chapa es acero duro con 0,2% de C, obtener el perfil del punzón y la fuerza de doblado. El ancho de la chapa es de 200 mm.
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