Conformado Informe 4 Procesos de Conformado Mecanico Por Flexion y Por Corte

Santiago Navarro Informe #4 GR-3 Fecha: 24-7-2015

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Tecnología de Conformado Mecánico

Tema: Proceso de Conformado Mecánico por flexión y por corte Objetivos: Definir procesos de conformado mecánico por flexión Clasificar los procesos de conformado por flexión Practica embutición Practica repujado rotativo en metales Practica rolado Practica perfilado Practica doblado Practica plegado Definir corte Clasificar procesos de corte Practica corte por punzonado Practica corte por cizallado

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Marco teórico:

Procesos de conformado mecánico por flexión En este proceso se obtiene la flexión debido a la aplicación de un momento, en el metal sometido a flexión, existe gran variación de tensiones en una misma sección transversal. Los procesos de conformado mecánico por flexión consisten en cambiar la forma del material sin afectar a su espesor, en estos procesos también se le puede dar al material ciertas características ya sean de resistencia o alguna forma en particular. Los procesos de conformado mecánico por flexión son: Embutición-. Proceso de conformado mecánico que consiste en darle a una chapa metálica o lamina una forma ahuecada sin afectar a su espesor. Se lo realiza colocando una lámina una matriz y empujando el material hacia la cavidad que tendrá la forma deseada como se muestra en la figura #1. En la embutición se emplean: prensas, matrices que tendrán las formas deseadas de lo que se desea obtener

Fig. #1: Embutición (Proceso de Conformado mecánico por Flexión) Fuente: http://marthamalave2.blogspot.es/

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Repujado-. Proceso de conformado mecánico que consiste en obtener un a partir de un disco plano o de una pieza embutida, un recipiente o figura de revolución de forma cóncava. Este proceso consiste en aplicando presión por medio de herramientas mientras la pieza gira es acercada al modelo que esta también girando este se denomina mandril (el repujado se puede observar en la figura #2). El espesor se mantiene constante teóricamente. Existen diferentes tipos de herramientas para darle forma al material como se pueden observar en la figura #3.

Fig. #2: Repujado (Proceso de Conformado mecánico por Flexión) Fuente: http://www.monografias.com/trabajos23/embutido-chapas/embutido-chapas.shtml

Fig. #3: Herramientas para el repujado (bruñidores) Fuente: http://www.monografias.com/trabajos23/embutido-chapas/embutido-chapas.shtml

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Doblado-. En este proceso el metal es obligado a tomar nuevas formas por movimiento o flujo plástico. Se denomina como la deformación del metal alrededor de un eje recto. El metal se deforma plásticamente así que el doblez toma una forma permanente al remover los esfuerzos que lo causaron. El doblado produce poco o ningún cambio en el espesor de la lámina metálica. Sin alterar su espesor de forma que todas las secciones permanezcan constantes. Este proceso consiste en tomando un punzón se fuerza al material a que adquiera nuevas formas como se observa en la figura #4.

Fig. #4: Doblado en V (Proceso de Conformado mecánico por Flexión). Fuente: http://industrialmaterials20xx.blogspot.com/2013/03/doblado.html

Plegado-. Es un proceso de conformado mecánico por flexión, mediante la cual se deforma una parte de la chapa según una forma prevista. Pproceso mediante el cual se deforma solo una parte de la chapa metálica según la forma prevista, las herramientas se

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componen de un punzón y una matriz con las formas deseadas, el radio del plegado tiene que ser igual al mismo espesor de la plancha original.

Perfilado-. Proceso de conformado mecánico por flexión, consiste en fabricar perfiles de longitud considerable por medio de curvado o doblado de tiras de láminas metálicas. Este es un proceso de fabricación por deformación plástica que se aplica a chapa metálica. Se emplea para obtener, a partir de una chapa inicial plana, productos cuya sección transversal es constante a lo largo de toda la longitud de los mismos. El perfilado es un proceso continuo y por su alta productividad está especialmente indicado para series de productos elevadas. Consiste en la utilización de rodillos para transformar gradualmente una lámina en perfil como se puede observar en la figura #5.

Fig. #5: Perfilado (Proceso de Conformado mecánico por Flexión) Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Perfilado

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Rolado-. Proceso de conformado mecánico por flexión, mediante el cual se deforma una lámina metálica y se le da forma de superficie desarrollable, considerando como tal, la que puede extenderse sobre un plano sin sufrir deformación. Se utilizan tres rodillos por lo general para dar la forma curva deseada con este proceso se puede obtener cilindros.

Fig. #6: Diferentes etapas del Rolado de metales Fuente: http://www.thefabricator.com/article/Array/los-rodillos-para-placa-siguen-rolandoplaca-mas-pesada

Fig. #6: Proceso de rolado de una lámina metálica. Fuente: http://www.anunciosclasificados.pe/imagen/rolado-rolado-rolado-de-planchas

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Procesos de conformado mecánico por corte El corte es un proceso de conformado plástico sin arranque de viruta el cual implica someter al metal a tensiones cortantes, superiores a su resistencia hasta que se separe el material. El corte sin arranque de viruta se clasifica en dos grupos: Cizalla-. El primero usa guillotina o un tipo cizalla para corte a una forma o dimensión deseada. Punzonado-. El segundo usa herramientas o dados de una forma específica con este proceso se corta de una forma determinada.

Fig. #7: Proceso de corte. Fuente: https://sites.google.com/site/hectorestadistica/procesos-de-manufactura/conformado-demetales

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Fig. #8: Maquina de corte por punzonado. Fuente: http://www.roll-machine.com.es/window-forming-machine.html

Corte por cizalla-. Es un proceso de conformado mecánico por corte, es la operación que se realiza por medio de dos cuchillas, una fija y una móvil. En esta operación una estrecha tira de metal es deformada con tanta intensidad que llega a fallar el material y se rompe en la superficie de contacto con las cuchillas. La profundidad que debe avanzar la cuchilla depende de la ductilidad del material, mientras más frágil es el material menos debe de ingresar la cuchilla para completar el corte. En el cizallado el juego entre cuchillas es muy importante debido a que cuando se tienen un valor adecuado las grietas iniciadas se propagan a través del metal, para juntarse en el centro del espesor y producir una superficie de fractura limpia. Si el juego es

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insuficiente la fractura es rasgada y la energía necesaria para efectuar el corte también y si el juego es excesivo, hay más distorsión en el borde y su energía también será mayor.

Fig. #9: Corte mediante cizalla etapa antes de fractura. Fuente: http://www.nzdl.org/gsdlmod?e=d-00000-00---off-0gtz--00-0----0-10-0---0---0direct10---4-------0-1l--11-en-50---20-about---00-0-1-00-0--4----0-0-11-10-0utfZz-800&a=d&c=gtz&cl=CL2.7&d=HASH01e339ab3514bacd05f784f2.6

Corte por punzonado-. Es un proceso de conformado mecánico por corte que consiste en practicar sobre una chapa un agujero de forma determinada, mediante una estampa apropiada. En el punzonado mediante herramientas especiales aptas para el corte se consigue separar una parte metálica de otra obteniéndose una figura determinada.

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La relación entre espeso S de la chapa y el diámetro D del punzón resulta a S/D para la chapa de hierro y punzón de acero, con valor de 1,2 máximo.

Fig. #10: esquema de corte con un punzón y una matriz indicando algunas variables de proceso. Fuente: S. Kalpakjian- manufactura, ingeniería y tecnología.

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Descripción de la práctica: Practica embutición-. En esta práctica se la realizo con 3 diferentes tipos de lámina dos de acero de bajo contenido de carbono de distinto espesor y otra de aluminio. Primero se colocó las láminas en la matriz y se procedió a darle 15 vueltas a la manivela del medio la maquina está diseñada para láminas de un espesor de 0.7 mm aproximadamente. Se sacó la lámina embutida y se comparó el espesor inicial con el final. Practica repujado rotativo-. En el repujado rotativo se tomó un disco de aluminio y se lo aseguro en el mandril, con la máquina ya encendida y con la ayuda del bruñidor de forma y de soporte se le dio la forma de un vaso. Practica de rolado-. El rolado de la lámina de aluminio de 0.6 mm de espesor se lo hizo pasar por tres rodillos tres veces para que adquiera una forma circular se midió el espesor y no cambio solo se cambió de forma como era el esperado. Practica de doblado-. Para el doblado se colocó una lámina de aluminio de 0.25 mm de espesor sobre una matriz triangular y sin cambiar su espesor con un punzón se le ejerce presión para que adquiera la forma de la matriz. Practica de perfilado-. Para el perfilado se pasó una lámina de aluminio de 0.25 mm de espesor a través de rodillos con una especie de dientes que le daban una forma de puntas y valles al metal. La distancia entre ruedas debe ser la misma que el espesor de la lámina. Practica de rolado-. Para esta práctica se le dio la forma de una circunferencia a una lámina de acero gruesa pasándola por un juego de rodillos durante 3 veces sin afectar su espesor.

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Practica punzonado-. En el instrumental se utilizó punzones, matriz, placa extractora y placa cortadora. Se introdujo la lámina de aluminio de 0.6 mm de espesor entre las dos placas para mediante punzones cortar en forma de 3 circunferencias a la lámina. Practica corte mediante cizallas-. Se realizó el corte en 4 distintas barras de distinto material uno de plomo de 6.3 mm de espesor, una de aluminio de 4.4 mm, cobre 5.4 mm de espesor y una barra de acero de bajo contenido de carbono de 3.1 mm de espesor. Después del corte se midió tanto la zona de corte como la zona de rotura. Practica de corte mediante cizalla para varillas-. Asimismo en el corte mediante cizalla para varillas se cortaron 4 barras de distinto material una de aluminio de 6.05 mm de diámetro, cobre de 6.05 mm de diámetro, acero bajo contenido de carbono de 3 mm de diámetro y una varilla de acero de alto contenido de carbono de 3.65 mm de diámetro. La cortadora tenia distintos hoyos donde entraba la varilla del tamaño adecuado si se ponía en una de diámetro mayor el corte no se realizaba, solo se marcaba. Datos obtenidos: Tabla 1 Datos obtenidos de embutición.

Material

Espesor (mm)

# Vueltas de la manivela

Acero bajo contenido de carbono

0.5

15

Aluminio

0.6

15

Acero bajo contenido de carbono

0.75

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Tabla 2 datos obtenidos repujado rotativo

Herramientas Torno de repujado rotativo bruñidores

Material

Espesor (mm)

Aluminio

0.6

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Tabla 3 datos obtenidos rolado de lamina

Material

Espesor (mm) 0.6

Aluminio

Tabla 4 datos obtenidos doblado

Herramientas

Material

Espesor (mm)

Aluminio

0.25

Matriz Embolo

Tabla 5 datos obtenidos de perfilado

Material

Espesor (mm) 0.25

Aluminio

Tabla 6 datos obtenidos de corte por punzonado

Material

Espesor

Aluminio

0.6

Diámetro troquelado (mm) Diámetro punzonado (mm) Grande 32.85 Grande 33 Mediano 13.90 Mediano 13.90 Pequeño 7.20 Pequeño 7.15

Tabla 7 datos obtenidos de corte por cizalla

Material Plomo Aluminio Cobre Acero de bajo contenido

Espesor (mm) 6.3 4.4 5.4 3.1

de carbono

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Zona fractura (mm) 2.7 2.85

Zona corte (mm) 4.7 3.1 -


Tabla 8 datos obtenidos de corte por cizalla para varillas

Material Aluminio Cobre Acero de bajo contenido

Espesor (mm) 6.05 6.05 3

Zona fractura (mm) -

Zona corte (mm) 3.5 3.9 1.05

de carbono Acero de alto contenido

3.85

2.85

-

de carbono

Datos calculados: Tabla 9 datos calculados corte por punzonado

circunferencia

Recuperación elástica

s

Área troquelado

Área punzonado(

circunferencias (

cm 2 ¿

2

cm ¿ Grande Mediana Pequeña

0.45 % 0% 0.7 %

8.475 1.517 0.407

8.552 1.517 0.401

Tabla 10 datos calculados corte por cizalla

Zonas (mm) Fractura Corte Material Plomo Aluminio Cobre Acero bajo

Espesor (mm) 6.3 4.4 5.4 3.1

1.6 2.7 2.3 2.85

contenido carbono

Tabla 11 datos calculados corte por cizalla para varillas

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4.7 1.7 3.1 0.25

Porcentaje Fractura Corte 25.4 % 61.4 % 42.6 % 91.9 %

74.6 % 38.6 % 57.4% 8.1 %


Zonas (mm) Material

Porcentaje

Diámetro(mm)

Aluminio Cobre Acero bajo

6.05 6.05 3

Fractura 2.55 2.15 1.95

contenido carbono Acero alto contenido

3.85

2.85

Corte 3.5 3.9 1.05

Fractura 42.1 % 35.5 % 65 %

Corte 57.9 % 64.5 % 35 %

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26 %

74 %

de carbono

Análisis de datos: En la recuperación elástica del corte por punzonado se pudo observar que área de la pieza que se punzono era mayor a la que quedo en el troquel, por la recuperación elástica que tuve un porcentaje de 0.45 % en el círculo más grande, 0 % en el mediano debe existir pero en las mediciones tomadas no hubo la suficiente exactitud por esto no se pudo calcular este porcentaje y en el círculo pequeño tuvo una recuperación elástica de 0.7 %. Para el corte por cizalla se ve con más claridad que dependiendo del material esto se relaciona directamente con sus propiedades mecánicas la zona de fractura será mayor mientras más duro sea el material mientras que a mayor ductilidad la zona de corte (clara) va a ser mayor. El material en el corte falla después de endurecerse por acritud mientras mayor sea la deformación. Y en el corte por cizalla de varillas sucede lo mismo van a existir las dos zonas que se pueden observar con mayor claridad que son la de corte y la de fractura, para que sea más limpio el corte y no existan protuberancias se debe colocar la varilla en el agujero

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que corresponde para que se corte si se pone en el que no es, el material no se cortaría o si se corta tendrá una zona en la que existirá un filo salido por el corte. Conclusiones Debido a que la recuperación elástica depende de la cantidad de deformación y de las fuerzas que se le aplican al material en el conformado por flexión y por corte su porcentaje de recuperación elástica es muy pequeña. Las prensas para el embutido son diseñadas para un espesor adecuado sin no tiene la lámina este espesor presenta deformaciones en las zonas que no se embutieron. A mayor dureza del material la zona de fractura será mayor (opaca). Esto se debe a que mientras más duro sea su ductilidad disminuye así como su límite elástico entonces la fractura del material se da en menor distancia que recorren las cizallas. Cuando el metal en un proceso de forma se lo dobla adquiere mayor resistencia por la acritud que se produce. Al momento del corte la distancia entre las cizallas debe ser el adecuado de lo contrario el metal no se cortaría si las cizallas están muy alejadas y si están muy juntas podrían dañarse las cizallas al tocarse entre sí.

Recomendaciones En el repujado hacerlo con una fuerza adecuada para que el material no se rompa y hacerlo rápido para evitar el desgaste por fricción.

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Para el embutido tomar la lámina del espesor para el que esta diseñada si no se van a presentar deformaciones. En el rolado si se quiere dar forma a una lámina gruesa hacerlo en intervalos donde poco a poco se reducirá la distancia entre rodillos. Tomar las precauciones adecuadas en el laboratorio debido a que son máquinas que podrían causar daños. Utilizar un lubricante sólido para el repujado rotativo que evite la fricción y que no se desprenda de la pieza cuando comienza a girar.

Bibliografía S. Kalpakjian-S.R. Schmid (2008). Manufactura, Ingeniería y Tecnología. México. Pearson Educación. Netgrafia Implementación de un sistema de aire comprimido en la automatización de la cizalla manual del taller de procesos de producción, obtenido el 22 de julio del 2015, de http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/4369/1/CD-3969.pdf Dimensionamiento y construcción de una roladora manual para laboratorio, obtenido el 22 de julio del 2015, de

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/1504/1/CD-

0830.pdf Procesos de conformado de metales, obtenido el 22 de julio del 2015, de http://raykenhack.blogspot.com/2012/12/esfuerzo-las-fuerzas-internas-de-un_11.html

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