2º CFIGM TÉCNICO EN MECANIZADO Definición Definición de procesos de mecanizado, conformado mon!a"e
2009/2
Conformado
Víctor J. Bellido Sánchez
#$%& #$%& '()'* '()'* # '++' '++' p-.+ 2015/2016
2º CFIGM TÉCNICO EN MECANIZADO Definición Definición de procesos de mecanizado, conformado mon!a"e
Concep!os /-sicos de0 conformado conformado +1 INTOD3CCI4N Los distintos procesos de conformado de metales tienen como «alma «alma mater» mater» la deformación plástica para cambiar la forma de las piezas. La deform deformaci ación ón se obtien obtienee utiliz utilizand ando o una herram herramien ienta ta que, que, generalmente es una matriz de conformado, aplicando esfuerzos de compresión que exceden la resistencia a la fluencia del metal. or tanto, el metal se deforma plásticamente hasta obtener la forma que determina la geometr!a de la matriz. "in embargo, algunos procesos de conformado estiran el metal, mientras que unos lo doblan # otros lo cortan. ara conformar adecuadamente un metal, $ste debe poseer cier cierta tass prop propie ieda dade des. s. 5as m-s adec6a adec6adas das,, .enera0 .enera0men men!e, !e, son7 son7 /a"a resis!encia a 0a f06encia a0!a d6c!i0idad+ d6c!i0idad+ %stas se &en afectadas por el aumento de la temperatura de traba'o( 'o( 0a d6c! d6c!i0 i0id idad ad se incr increm emen en!a !a 0a resi resis! s!en enci cia a a 0a f06e f06enc ncia ia se red6ce+ )l efecto de la temperatura es lo que genera la distinción entre traba'o en fr!o, traba'o en caliente por deba'o de la temperatura de recristalización # traba'o en caliente. La &elocidad de conformado *deformación o formación+ # la fricción, son factores aadidos que afectan al desarrollo del conformado.
+'+1 #isión .enera0 de0 conformado )n este cap!tulo cap!tulo expondremos expondremos de una manera general la punta punta del iceberg de los procesos de conformado, debido a su amplitud # comple'idad. -s! pues, no pens$is que lo que aqu! aparece es «todo» el conformado. ada más le'os de la realidad, entremos en materia. odemos odemos clasificar clasificar los procesos procesos de conformado conformado en dos grandes grupos que iremos desglosando poco a poco . procesos procesos de deformación deformación &olum$trica &olum$trica.. 2. procesos procesos de de conformado conformado mecánico. mecánico. #$%& #$%& '()'* '()'* # '++' '++' p-.+ '
2º CFIGM TÉCNICO EN MECANIZADO Definición Definición de procesos de mecanizado, conformado mon!a"e
Concep!os /-sicos de0 conformado conformado +1 INTOD3CCI4N Los distintos procesos de conformado de metales tienen como «alma «alma mater» mater» la deformación plástica para cambiar la forma de las piezas. La deform deformaci ación ón se obtien obtienee utiliz utilizand ando o una herram herramien ienta ta que, que, generalmente es una matriz de conformado, aplicando esfuerzos de compresión que exceden la resistencia a la fluencia del metal. or tanto, el metal se deforma plásticamente hasta obtener la forma que determina la geometr!a de la matriz. "in embargo, algunos procesos de conformado estiran el metal, mientras que unos lo doblan # otros lo cortan. ara conformar adecuadamente un metal, $ste debe poseer cier cierta tass prop propie ieda dade des. s. 5as m-s adec6a adec6adas das,, .enera0 .enera0men men!e, !e, son7 son7 /a"a resis!encia a 0a f06encia a0!a d6c!i0idad+ d6c!i0idad+ %stas se &en afectadas por el aumento de la temperatura de traba'o( 'o( 0a d6c! d6c!i0 i0id idad ad se incr increm emen en!a !a 0a resi resis! s!en enci cia a a 0a f06e f06enc ncia ia se red6ce+ )l efecto de la temperatura es lo que genera la distinción entre traba'o en fr!o, traba'o en caliente por deba'o de la temperatura de recristalización # traba'o en caliente. La &elocidad de conformado *deformación o formación+ # la fricción, son factores aadidos que afectan al desarrollo del conformado.
+'+1 #isión .enera0 de0 conformado )n este cap!tulo cap!tulo expondremos expondremos de una manera general la punta punta del iceberg de los procesos de conformado, debido a su amplitud # comple'idad. -s! pues, no pens$is que lo que aqu! aparece es «todo» el conformado. ada más le'os de la realidad, entremos en materia. odemos odemos clasificar clasificar los procesos procesos de conformado conformado en dos grandes grupos que iremos desglosando poco a poco . procesos procesos de deformación deformación &olum$trica &olum$trica.. 2. procesos procesos de de conformado conformado mecánico. mecánico. #$%& #$%& '()'* '()'* # '++' '++' p-.+ '
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+'+'+1 8rocesos de deformación 9o06m:!rica "on caracter!sticos de los procesos de deformación &olum$trica las las defo deform rmac acio ione ness sign signif ifica icati ti&a &ass # camb cambio ioss de form forma. a. a ara ra esto estoss procesos, la forma inicial de la pieza suele ser bloques *lingotes+ cil!ndricos #/o rectangulares. Las operaciones básicas en deformación &olum$trica podemos obser&arlas en la figura siguiente
'+ 5ami 5amina nado do )s un proceso de deformación por compresión, mediante el cual el espesor de un lingote, tocho, palastro, palastro, petaca 1 slab”, o palanquilla se reduce por la acción de unas herramientas cil!ndricas opuestas llam llamad adas as rodi rodillllos. os. Los Los rodi rodillllos os gira giran n para para estir estirar ar # comp compri rimi mirr el material dentro de la abertura existente entre ellos. 2+ Fo For" r"ad ado o )n el for' for'ad ado o se comp compri rime me una una piez piezaa entr entree las las dos dos part partes es opu opuest estas de la matri atriz, z, de maner aneraa que que la pieza ieza se comp compri rim me obteniendo la forma requerida. )s un proceso tradicional de traba'o en caliente, aunque muchos tipos de conformado tambi$n se hacen en fr!o. #$%& #$%& '()'* '()'* # '++' '++' p-.+ 2
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;+ E
+'+2+1 8rocesos de conformado mec-nico Los Los proc proces esos os que que aqu! aqu! deno denomi mina nam mos como como de conformado mecánico son los que se aplican para dar formas a láminas metálicas *planchas+. *planchas+. tilizamos tilizamos el t$rmino t$rmino «láminas metálicas» # no planchas porqu orquee la forma orma ini inicia cial sobr sobree la que que se &a &an n a desar esarro rollllar ar las las operaciones comprende una amplia gama de posibilidades bobinas, planchas, bobinas estrechas, tiras, láminas preformadas, etc. La relación entre el área superficial # el &olumen del material inicial suele ser alta, por lo que esta relación es un medio 3til para distinguir la deformación &olum$trica de los procesos con láminas metálicas. rensado, embutido, troqueler!a, matricer!a, son los t$rminos que que se apli aplica can n frec frecue uent ntem emen ente te a las las oper operac acio ione ness de conf confor orma mado do mecá mecáni nico co con con lámi lámina nass metá metálilica cas, s, debi debido do a los los nomb nombre ress de las las máquinas # utilla'es utilizados para desempear estas operaciones. Lo mismo sucede con las piezas producidas por estas operaciones, usua usualm lmen ente te tamb tambi$ i$n n se les les deno denomi mina na estam estampa pada das, s, embu embuti tida das, s, troqueladas, etc. 4ene 4enera ralm lmen ente te,, las las oper operac acio ione ness con con lámi lámina nass metá metálilica cass se e'ecutan en fr!o, utilizando un 'uego de herramientas llamado punzón # matriz. )l punzón es la parte positi&a # penetrante o cortante, # la matriz es la parte negati&a. Las operaciones básicas con láminas de metal podemos &erlas en la siguiente figura.
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'+ Do/0 Do/0a ado )l doblado, en la ma#or!a de los casos, implica la deformación de una lámina metálica para que adopte un ángulo con respecto a un e'e, normalmente recto. 2+ Em/6 Em/6!i !ido do roduce la transformación de una lámina plana en una forma hueca o cónca&a, como una copa, mediante el estirado de la lámina. "e usa un su'e su'eta tado dorr para para mant manten ener er fi'a fi'a la posic posició ión, n, mien mientr tras as el punzón empu'a la lámina, como se muestra en la figura anterior. ;+ Cor! Cor!e e )ste proceso, de alguna manera, queda fuera de lugar en la lista de procesos de deformación, debido a que implica más el corte que el conformado del material. )n esta operación se corta la pieza usando un punzón # una matriz, como se muestra en la figura anterior. -unque no es un proceso de conformado, lo incluimos aqu! puesto que es una operación necesaria # mu# com3n en el traba'o con láminas metálicas. #$%& #$%& '()'* '()'* # '++' '++' p-.+ =
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Los procesos de deformación &olum$trica *masi&a+ frecuentemente suelen proporcionar formas geom$tricas adicionales que me'oran las propiedades mecánicas de la pieza, realizándose en operaciones de traba'o en fr!o, o en caliente. )l traba'o en fr!o o hasta /5 de la temperatura de fusión es apropiado cuando el cambio de forma es menos se&ero o ha# necesidad de me'orar las propiedades mecánicas, o alcanzar un buen acabado en la forma final de la pieza. )l traba'o en caliente se requiere generalmente cuando in&olucra la deformación &olum$trica de grandes piezas. La importancia tecnológica # comercial de los procesos de deformación &olum$trica deri&an de 6 7on las operaciones de traba'o en caliente se pueden lograr cambios significati&os en la forma de las piezas. 6 Las operaciones de traba'o en fr!o se pueden usar no sólo para dar forma a la pieza, sino tambi$n para incrementar su resistencia. 6 )stos procesos producen poco o ning3n desperdicio como subproducto de la operación. -lgunas operaciones de deformación &olum$trica son procesos de forma neta o casi neta, pudi$ndose alcanzar la forma final con poco o ning3n mecanizado posterior.
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'+1 5aminado '+'+1 In!rod6cción El laminado es un proceso de deformación por el cual el espesor del material se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas generalmente por dos rodillos opuestos.
)l laminado es un proceso que requiere una considerable f6en!e de po!encia+
'+2+1 Concep!os /-sicos cx
ara producir el más elemental proceso de laminado, los rodillos deben girar tal como se ilustra en la siguiente figura, para atraer el material a traba'ar # simultáneamente apretarlo entre ellos. "e muestra un laminado plano, empleado para reducir el espesor de una sección trans&ersal rectangular. 8u# relacionado con $l es el laminado de perfiles, donde una sección trans&ersal cuadrada se transforma en un perfil, tal como en una &iga .
La ma#or!a de los procesos de laminado comportan una fuerte in&ersión, puesto que requieren de un equipo pesado # comple'o. este equipamiento se le conoce como laminadores o trenes de laminado en cualquiera de sus formas de tochos o blooming, de palastro o slabbing, de palanquilla, estructurales, para chapa, etc.
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)sta gran in&ersión requiere que los laminadores se usen para la producción en grandes cantidades de art!culos estándar. )l gran &olumen del laminado, especialmente el del acero, que representa la aplicación más com3n de las operaciones de laminado, se realiza en caliente, debido a las importantes deformaciones requeridas # que los metales laminados en caliente, generalmente están libres de esfuerzos residuales # sus propiedades son isotrópicas. 8or e0 con!rario, 0as !o0erancias dimensiona0es no p6eden ser m6 es!rec>as, 0a s6perficie presen!a 6na capa de ó
)stas formas intermedias o semiacabados, posteriormente se laminan para con&ertirlas en productos finales, que son la materia prima para el mecanizado, estirado de alambre, for'ado # otros procesos de traba'o de metales. Las planchas laminadas en caliente se usan para la construcción de barcos, puentes, calderas, estructuras soldadas para maquinaria pesada, tubos # tuber!as, # otros muchos productos. La siguiente figura muestra algunos de estos productos laminados de acero.
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)l laminado posterior de las láminas # planchas traba'adas en caliente se realiza frecuentemente en fr!o, a fin de prepararlas para operaciones posteriores de conformado mecánico. )l laminado en fr!o hace más resistente el metal # permite tolerancias más estrechas en el espesor. -demás, la superficie del material laminado en
'+;+1 5aminado p0ano El laminado plano o con cilindros lisos, que #a hemos &isto en figuras anteriores, primordialmente se destina al laminado de planchas, tiras # piezas de sección transversal rectangular con un ancho ma#or %ue el espesor . )n el laminado plano, se presiona el material entre dos rodillos de manera %ue su espesor se reduce .
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-demás de reducir el espesor, normalmente el laminado incrementa el ancho del material , conocido como esparcido o 1spreading”, # tiende a ser más pronunciado cuando la relación entre el ancho # el espesor es ba'a, as! como con ba'os coeficientes de fricción. )xiste tambi$n el factor de conservación del material, de tal manera %ue el volumen de metal %ue sale de los rodillos es igual al volumen %ue entra *constante de &olumen+.
'+=+1 5aminado de perfi0es )l material se deforma para generar un contorno en la sección trans&ersal. )os productos elaborados por este procedimiento inclu#en perfiles de construcción como vigas en *, en +, en ), en , as- como ra-les para v-as de ferrocarril, barras redondas , cuadradas,
&arillas, etc.
)l proceso se realiza pasando el material a travs de rodillos %ue tienen mecanizado el negativo de la forma deseada . La ma#or!a de los principios que se aplican en el laminado plano *a+ son tambi$n aplicables al laminado de perfiles. )os rodillos conformadores /b0 son más complejos # el tocho de material inicial =generalmente de sección cuadrada=re%uiere de una transformación gradual a travs de varios rodillos para alcanzar la sección final .
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-l diseo de la secuencia de las formas intermedias # sus correspondientes rodillos se le conoce como diseño de pases. "u ob'eti&o es lograr una deformación uniforme a tra&$s de las secciones trans&ersales de cada reducción, utilizando para ello rodillos horizontales # &erticales que proporcionen una reducción consistente del material. >e no ser as!, algunas zonas se reducirán más que otras, causando una ma#or diferencia de longitud en estas secciones, pro&ocando torceduras # agrietamientos.
'+(+1 O!ras operaciones de 0aminado ?ambi$n encontramos otros procesos de deformación &olum$trica que usan rodillos para conformar piezas. )n estas operaciones incluimos el laminado de anillos, laminado de roscas, laminado de ruedas dentadas # perforado de rodillos.
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'+(+'+1 5aminado de ani00os Es un proceso de deformación %ue lamina las gruesas paredes de un anillo para obtener otro de paredes más delgadas, pero de ma#or diámetro. En la figura se puede observar el proceso antes # despus. 1onforme el anillo con paredes gruesas se comprime, se alarga el material, ocasionando, por tanto, %ue los diámetros del anillo aumenten. El laminado de anillos normalmente se aplica en caliente para anillos grandes, # en fr-o, para anillos pe%ue2os.
Las paredes de los anillos no se limitan a secciones rectangulares, por lo que el proceso permite la laminación de formas comple'as. -s! pues, aros para rodamientos de bolas # rodillos, llantas de acero para ruedas de ferrocarril # su'eciones *bridas, cinchos, etc.+ para tubos, recipientes a presión # máquinas giratorias, etc. son aplicaciones t!picas de laminado de anillos. Las &enta'as del laminado de anillos sobre otros m$todos para fabricar las mismas piezas son el ahorro de material, la correcta orientación de la fibra para su óptima aplicación # el endurecimiento mediante el trabajo en fr-o.
'+(+2+1 5aminado de roscas )mpleado para conformar roscas en piezas cil!ndricas mediante su laminación entre dos roscas, es el proceso comercial más importante para producción masi&a de piezas con roscas externas *husillos, &arillas, pernos # tornillos, por e'emplo+, entrando en competencia con el mecanizado. La ma#or!a de las operaciones de laminado de roscas se realizan en fr!o. Las máquinas laminadoras de roscas están equipadas con matrices especiales que determinan el tamao # forma de la rosca. )stas matrices, básicamente, son de dos tipos
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a+ peines planos que se mue&en alternati&amente entre s!, tal como se muestra en la figura. b+ rodillos redondos, que giran relati&amente entre s! para lograr la acción de laminado.
Las &elocidades de producción en el laminado de roscas pueden ser mu# altas, alcanzando por e'emplo, @ piezas/segundo en pernos A tornillos pequeos. ero la &elocidad no es la 3nica &enta'a con respecto al mecanizado, existen otras como son
nexistencia de desperdicio de material.
Boscas más fuertes debido al endurecimiento por traba'o.
"uperficies más lisas.
8e'or resistencia a la fatiga debido a los esfuerzos por compresión que se introducen durante el laminado.
'+(+;+1 5aminado de r6edas den!adas %ste es un proceso de conformado en fr!o para ciertos tipos de ruedas dentadas. La instalación para el laminado de ruedas dentadas es parecida a la del laminado de roscas, exceptuando que las caracter!sticas de deformación de los cilindros o discos están orientadas paralelamente a su e'e *o a un ángulo en el caso de las ruedas helicoidales+ en lugar de la espiral del laminado de roscas. Las &enta'as de este sistema, con relación al mecanizado, son similares a las del laminado de roscas altas &elocidades de producción, me'or resistencia a la fatiga # menor desperdicio de material.
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'+(+=+1 8erforado de rodi00os )s un proceso de conformado en caliente, destinado especialmente a la elaboración de tubos con paredes gruesas sin costura empleando dos rodillos opuestos, por lo que se contempla como proceso de laminado. "e basa en el principio que al comprimir un sólido cil!ndrico sobre su circunferencia, como en la figura *a+, se desarrollan altos esfuerzos de tensión en su centro, pro&ocando la formación de una grieta interna si la compresión es lo suficientemente alta. La materialización de este principio se apro&echa mediante la disposición que se muestra en la figura *b+ los esfuerzos de compresión se aplican sobre el tocho cil!ndrico por dos rodillos, cu#os e'es se orientan en pequeos ángulos *CDE+ con respecto al e'e del tocho( de esta manera, la rotación tiende a tirar del tocho a tra&$s de los rodillos. n e'e es el encargado de controlar el tamao # acabado del agu'ero creado. )ste sistema se conoce como perforado rotatorio de tubos # proceso 8annesmann.
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2+1 For"ado 2+'+1 In!rod6cción )stas operaciones se desen&uel&en de di&ersas formas, clasificándolas en función de la temperatura en la que se desarrollan. La ma#or!a se realizan en caliente *por encima # por deba'o de la temperatura de recristalización+, seg3n la deformación que se desee # la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del material de la pieza. o obstante, el for'ado en fr!o tambi$n es mu# com3n para ciertos conformados, proporcionando ma#or resistencia a la pieza como consecuencia del endurecimiento por deformación. 7omo proceso de deformación, se comprime el material de la pieza entre dos partes, sir&i$ndose del impacto o presión gradual para conformar la forma estipulada de gran &ariedad de componentes de alta resistencia para el sector de la automoción, aeroespacial, na&al, maquinaria pesada, etc. tales como cigFeales, bielas, ruedas dentadas, e'es de transmisión, # otras piezas de gran resistencia. -demás, en el sector siderometal3rgico se usa el for'ado para preformar grandes componentes que, posteriormente, serán mecanizados para lograr su forma final con las dimensiones requeridas. -lgunas de las caracter!sticas de las operaciones de for'ado dependen más del tipo de equipo utilizado que de las diferencias en la tecnolog!a de los procesos. )sto es, el martinete de for'a es una máquina para for'ado que aplica cargas de impacto, mientras que la prensa de for'ado aplica presión gradual. Gtra diferencia en las operaciones de for'ado es el rango en que la matriz restringe el flu'o del material de la pieza. -tendiendo a esta caracter!stica, encontramos tres tipos de operaciones de for'ado tal # como podemos obser&ar en la figura a+ Hor'ado con matriz abierta. b+ Hor'ado con matriz cerrada *estampado+. c+ Hor'ado sin rebaba.
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)n el for'ado con matriz abierta se comprime la pieza entre dos superficies planas *o casi planas+ correspondientes a la estampa # al #unque *estampa inferior+, permitiendo que el material se expanda sin restricciones en otra dirección, básicamente laterales con respecto a las superficies. )n el for'ado con matriz cerrada, las superficies interiores de la matriz *estampas+ contienen la forma que se implanta al material de la pieza durante la compresión, restringiendo significati&amente la expansión, de manera que sólo se permite la rebaba, que deberá recortarse posteriormente. )n el for'ado sin rebaba, la matriz *base # punzón+ restringe completamente el material de la pieza dentro de la ca&idad # no se produce rebaba, por lo que es &ital controlar con mucha precisión el &olumen de la pieza inicial para que sea igual al &olumen de la ca&idad, #a que si es demasiado pequeo, no llenará la ca&idad # si es demasiado grande, puede daar la matriz #/o la prensa.
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2+2+1 For"ado con ma!riz a/ier!a )l e'emplo más elemental de for'ado con matriz abierta es el recalcado o for'ado para recalcar. 7onsiste en comprimir una pieza de sección cil!ndrica entre dos estampas planas, reduciendo su altura e incrementando su diámetro, parecido a un ensa#o de compresión. "i se realiza en condiciones ideales, sin fricción entre la pieza # la superficie de las estampas *caso bastante improbable+, la deformación será homog$nea # el flu'o radial de material es uniforme a lo largo de su altura, tal como se representa en la figura.
Bealmente, el recalcado no ocurre exactamente como se muestra en la figura, puesto que la fricción se opone a la expansión del material en la superficie de las estampas, creando un efecto de abultamiento en forma de barril, llamado 1abarrilamientoI, siendo más pronunciado cuando se realiza un traba'o en caliente con estampas fr!as. )llo se debe a
7oeficiente de fricción más alto, t!pico del traba'o en caliente. ?ransferencia de calor en la superficie de las estampas # sus cercan!as, enfriando el material # aumentando su resistencia a la deformación.
)l metal más caliente se encuentra en el centro de la pieza # flu#e más fácilmente que el de la periferia, más fr!o. )l efecto se acent3a al aumentar la relación entre el diámetro # la altura de la pieza, debido al aumento del área de contacto entre la estampa # la pieza.
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Las estampas para algunas aplicaciones tienen superficies ligeramente contorneadas que a#udan a conformar el material de la pieza, que además, debe manipularse frecuentemente( mediante giros en cada paso, para efectuar los cambios de< forma requeridos. , )n la industria del acero, el conformado de grandes lingotes cuadrados para con&ertirlos en secciones redondas es un e'emplo de for'ado con matriz abierta. Las formas obtenidas son bastante rudimentarias, necesitando de posteriores operaciones para acabar las piezas en sus dimensiones # geometr!a final. La caracter!stica más importante del for'ado en caliente con matriz abierta es la obtención de una estructura metal3rgica fa&orable en el material *continuidad # homogeneidad en la fibra interna+. Las operaciones caracter!sticas de matriz abierta suelenJ realizarse con estampas con&exas, con estampas cónca&as # por secciones, como puede apreciarse en la figura.
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)l for'ado con estampas con&exas se utiliza para reducir la sección trans&ersal # redistribuir el metal en una parte de pieza, como preparación para operaciones posteriores de conformado. Las ca&idades de las estampas con&exas se disean con m3ltiples formas, de manera que barra inicial pueda conformarse toscamente antes del conformado final. )l for'ado con estampas cónca&as es parecido al anterior, excepto que las estampas tienen superficies cónca&as. )l for'ado por secciones *for'ado incremental+ consiste en una secuencia de compresiones a lo largo de la pieza para reducir su sección trans&ersal e incrementar su longitud, empleado en la industria sider3rgica para producir tochos # palastros a partir de los lingotes, utilizando estampas de superficies planas o con un ligero contorno.
2+;+1 For"ado con ma!riz cerrada "e realiza con estampas que tienen la forma in&ersa de la requerida en la pieza, tal como se muestra en la figura.
La pieza inicial puede ser cil!ndrica, parecida a las de las operaciones pre&ias con matriz abierta. -l cerrarse la matriz # llegar a su posición final, el metal flu#e más allá de la ca&idad, formando una rebaba en la pequea abertura entre las estampas. -unque la rebaba se recorta posteriormente, tiene realmente una función importante en el proceso cuando empieza a formarse, la fricción se opone a que el material siga flu#endo hacia la abertura, forzándolo a permanecer en la ca&idad.
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)n caliente, la restricción del flu'o es ma#or, debido a que la rebaba se enfr!a rápidamente contra las estampas, incrementando as! la resistencia a la deformación. ?al restricción del flu'o en la abertura hace que las presiones se incrementen significati&amente, forzando al material a llenar los recodos de la ca&idad, obteniendo un producto de calidad. ara transformar la forma inicial en la final deseada, se requieren &arias etapas, necesitando estampas distintas para cada una de ellas. Las etapas iniciales se encargan de redistribuir el material en la pieza para conseguir una deformación uniforme # la estructura metálica requerida en las siguientes. Las 3ltimas proporcionan el acabado a la pieza. "i se usa martinete, podrá requerir &arios golpes para cada etapa. Las fuerzas necesarias en este proceso son considerablemente grandes # más dif!ciles de analizar que en el for'ado con matriz abierta, debido a la formación de la rebaba # a las geometr!as más comple'as de las piezas elaboradas. ?ampoco tiene tolerancias estrechas, requiriendo de mecanizado para lograr la precisión necesaria. )l proceso genera la geometr!a básica #, con el mecanizado, se logran acabados la precisión requerida en algunas zonas de la pieza, por e'emplo taladros, roscas # superficies que deban enca'ar con otros componentes. Las &enta'as del for'ado sobre el mecanizado completo de la pieza son &elocidades de producción más alta, menor desperdicio de material, ma#or resistencia # orientación # cohesión más fa&orable de la fibra. )n la figura se puede comparar la continuidad de la fibra en el for'ado # en el mecanizado.
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Los a&ances tecnológicos en el for'ado con matriz abierta han conducido a producir for'ados con secciones más delgadas, formas más comple'as, tolerancias más estrechas # la &irtual eliminación de concesiones al mecanizado. - los procesos de for'ado con estas caracter!sticas se conocen como for'ado de precisión. Los metales más utilizados en el for'ado de precisión son el aluminio # el titanio. )n la figura siguiente se puede comparar los resultados obtenidos mediante un for'ado de precisión # un for'ado con&encional con matriz cerrada, aunque el for'ado de precisión en este e'emplo no elimina las rebabas, si las reduce.
-lgunas operaciones de for'ado de precisión no producen rebaba, # dependiendo de la necesidad de mecanizado para acabar la pieza, el for'ado de precisión puede contemplarse como un proceso de forma final o casi.
2+=+1 For"ado sin re/a/a -unque en el argot industrial, al tipo for'ado anterior se llama for'ado con matriz cerrada, cabe aclarar que t$cnicamente no es del todo correcto, #a que se forma rebaba. ara distinguir el proceso con matriz cerrada real, donde la pieza queda completamente dentro de la ca&idad de la matriz durante la compresión sin que se forme rebaba, se emplea el t$rmino for'ado sin rebaba.
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o obstante, el for'ado sin rebaba impone requerimientos más exigentes sobre el control del proceso, que el for'ado con matriz abierta, como el &olumen del material de la pieza antes de su prensado debe ser igual al &olumen de la ca&idad de la matriz dentro de tolerancias mu# estrechas. "i la pieza es demasiado grande, la excesi&a presión podrá causar daos a la matriz #/o a la prensa. "i es demasiado pequea, no se llenará la ca&idad, resultando una pieza defectuosa.
>ebido a este requerimiento, este proceso es adecuado para la manufactura de piezas geom$tricas simples # sim$tricas, # para metales como el aluminio, el magnesio o sus aleaciones. )ste tipo de for'ado tambi$n se contempla como de precisión, con traba'os como el acuado, con poco flu'o de material.
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Los &alores de las fuerzas que se alcanzan en el for'ado sin rebaba son comparables a las del for'ado con matriz abierta.
2+(+1 Operaciones de for"a operaciones re0acionadas -demás de las operaciones con&encionales de for'a descritas en las secciones anteriores, ha# otras operaciones de formado de metal que se asocian mu# cerca con el for'ado. 2+(+'+1 eca0cado )l recalcado es una operación de deformación donde una parte de la pieza *habitualmente cil!ndrica+ aumenta su diámetro # reduce su longitud mediante el proceso con matriz abierta o con matriz cerrada. )n la figura siguiente se detallan las etapas del proceso con matriz cerrada.
"u aplicación está ampliamente extendida en el sector de la torniller!a, remaches, cla&os # productos similares de ferreter!a. )n la figura siguiente se muestra una &ariedad de aplicaciones de recalcado para la formación de cabezas de distinto tipo, con &arias configuraciones posibles de la matriz.
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7onsecuencia de este tipo de aplicaciones, es que se producen más piezas por recalcado =en fr!o, en tibio o en caliente=que por cualquier otra operación de for'ado. or e'emplo en la fabricación de tornillos, la formación de la cabeza por recalcado es un proceso pre&io al laminado de la rosca. )xisten l!mites para la cantidad de deformación que se pueden alcanzar en el recalcado. La longitud máxima que se puede recalcar en un golpe es de tres &eces el &alor del diámetro de la barra inicial. >e no ser as!, el material se dobla o arruga en lugar de comprimirse para llenar adecuadamente la ca&idad. 2+(+2+1 Es!ampado con for"a for"ado radia0 -mbos son procesos de for'ado que se utilizan para reducir el diámetro de un tubo o de una barra maciza. )l estampado se e'ecuta en el extremo de una pieza para crear una sección adelgazada. )l proceso que se muestra en la figura es e'ecutado mediante dos estampas giratorias que golpean radialmente hacia dentro para estrechar la pieza conforme $sta a&anza dentro de las estampas.
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)n la figura siguiente se exponen algunas de las formas # productos obtenidos por estampado. ara traba'ar piezas tubulares se precisa de un mandril para controlar la forma # diámetro interno de las zonas tubulares que se estampan.
)l for'ado radial es similar al estampado en su acción contra la pieza # creación de formas. La diferencia está en que en el for'ado radial las estampas no giran alrededor de la pieza, sino que en su lugar, la pieza es la que gira al a&anzar dentro de las estampas.
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2+(+;+1 For"ado con rodi00os "e emplea para reducir la sección trans&ersal de una pieza cil!ndrica *o rectangular+. %sta pasa a tra&$s de una serie de rodillos opuestos con canales que igualan la geometr!a requerida en la pieza terminada. )n la figura se muestra una operación t!pica.
-unque utiliza rodillos este proceso se clasifica como un proceso de for'a. )l giro de los rodillos no es continuo, sino solamente en una fracción de &uelta que corresponde a la deformación requerida en la pieza. Las piezas for'adas con este proceso son generalmente más fuertes # disponen de una estructura fibrosa fa&orable comparado con la misma pieza mecanizada. 2+(+=+1 For"ado or/i!a0 La deformación es producida por medio de una estampa superior cónica que gira # presiona simultáneamente sobre la pieza. )l material de la pieza se comprime sobre una estampa inferior que tiene una ca&idad. uesto que el e'e del cono está inclinado, solamente una pequea área de la superficie de la pieza se comprime en cada momento. -l mo&erse la estampa inferior, el área ba'o compresión tambi$n gira. )n las operaciones de for'ado orbital se e&idencia una sustancial reducción de la carga requerida de la prensa para alcanzar la deformación. #$%& '()'* # '++' p-.+ 2(
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2+(+(+1 86nzonado )l punzonado en for'a es un proceso de deformación en el que se prensa un punzón endurecido sobre un bloque de acero *u otro metal+ sua&e. )s utilizado para realizar ca&idades en moldes destinados al moldeado de plásticos # fundición.
ara forzar el punzón hacia el interior del bloque de material es necesario disponer de una presión importante, por lo que es habitual que se realice con una prensa hidráulica. La formación completa de la ca&idad, normalmente, requiere de &arios pasos, as! que es con&eniente recocer el material 'usto despu$s de alcanzar la forma para ali&iar el endurecimiento producido por la deformación. 7uando el bloque de material se ha deformado significati&amente, tal como se muestra en la figura, el exceso se elimina por mecanizado. La &enta'a del punzonado en esta aplicación es que es más fácil mecanizar la forma positi&a que erosionar la ca&idad negati&a. )sta &enta'a se multiplica en los casos donde tienen que realizarse m3ltiples ca&idades en el bloque de la estampa.
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2+(+*+1 For"ado iso!:rmico con es!ampa ca0ien!e )ste t$rmino se aplica a operaciones de for'ado en caliente donde la pieza es mantenida a temperaturas cercanas a su ele&ada temperatura inicial durante la deformación, mediante las estampas. "i se e&ita que la pieza se enfr!e a tra&$s del contacto con la superficie fr!a de las estampas, como sucede en el for'ado con&encional, el material fluirá más fácilmente # la fuerza requerida para desarrollar el proceso se reducirá. )l for'ado isot$rmico es más costoso que el for'ado con&encional # se reser&a para metales dif!ciles de for'ar, como el titanio # las superaleaciones, as! como para piezas comple'as. )n ocasiones, para e&itar la oxidación rápida del material de las estampas, el proceso se realiza al &ac!o. "imilar al for'ado isot$rmico es el for'ado con estampa caliente, en el que se calientan las estampas a temperatura algo menor que la de la pieza. 2+(+@+1 ecor!ado )s una operación que se emplea para eliminar la rebaba de la pieza generada en el for'ado con matriz cerrada. )n la ma#or!a de los casos se realiza por cizallamiento, mediante la acción de un punzón que fuerza a la pieza a pasar a tra&$s de una placa matriz de corte, cu#o contorno tiene el perfil final de la pieza.
"uele realizarse mientras la pieza a3n está caliente, lo que significa que se debe incluir una prensa de recortado separada para cada martinete o prensa. )n los casos donde la pieza se puede daar como consecuencia del recorte, $ste se hace por otros medios, como el esmerilado. #$%& '()'* # '++' p-.+ 2
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;+1 E
osibilidad de extruir una gran &ariedad de formas especialmente en caliente, aunque permanece la limitación de la geometr!a en su sección trans&ersal, debiendo mantenerse a lo largo de toda la pieza. ?anto en caliente como en fr!o, se me'oran la estructura fibrosa # las propiedades de resistencia.
osibilidad de tolerancias mu# estrechas, especialmente en fr!o.
rácticamente no se genera material de desperdicio.
;+2+1 Tipos de e
seg3n su configuración f!sica . extrusión directa. 2. extrusión in&ersa *indirecta+.
seg3n la temperatura de traba'o 5. en fr!o. K. en caliente.
seg3n el proceso . continuo. D. discrecional.
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3.2.1.- Extrusión directa
?ambi$n conocida como extrusión hacia delante se desarrolla tal como se representa en la fi.6ra '.
Fig. 1
n tocho de metal se carga en un recipiente, # un punzón comprime el material forzándolo a pasar a tra&$s de una o más aberturas de la placa matriz situada en el extremo opuesto del recipiente. -l aproximarse el punzón a la placa matriz, queda una pequea parte del tocho que no puede forzarse a tra&$s de la abertura de la matriz. )sta porción extra *conocida como tope o cabeza+ se separa de la pieza cortándola, inmediatamente despu$s de que se retira la matriz. n problema en la extrusión directa es la gran fricción que existe entre la superficie del traba'o # la pared del recipiente al forzar el deslizamiento del tocho hacia la abertura de la matriz. )sta fricción genera un importante incremento en la fuerza requerida por el punzón, agra&ándose en la extrusión en caliente por la presencia de una capa de óxido en la superficie del tocho que puede ocasionar defectos en los productos extruidos. ara resol&er este problema se usa un “blo%ue simulado” entre el punzón # el tocho de traba'o, con un diámetro ligeramente menor que el del tocho, de manera que permite la formación de un anillo de metal *capas de óxido en su ma#or!a+ en el interior del recipiente # quedando la pieza final libre de óxidos.
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)l extrusionado directo tambi$n permite la elaboración de secciones huecas, como por e'emplo tubos, # abiertas o semihuecas, tal como se puede obser&ar en la fi.6ra 2.
Fig. 2
)l tocho inicial se prepara con una perforación paralela a su e'e. )sto permite el paso de un mandril que se fi'a en el bloque simulado. -l comprimir el tocho, se fuerza al material a pasar a tra&$s del claro entre el mandril # la abertura de la placa matriz, resultando una sección trans&ersal tubular. Gtras formas abiertas se extru#en de la misma forma. )l tocho inicial suele ser redondo, que ob&iamente siempre es de ma#or diámetro que la abertura más grande de la matriz.
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3.2.2.- Extrusión inversa
)n la extrusión in&ersa, extrusión hacia atrás o extrusión indirecta, la matriz está montada sobre el punzón, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente como en la directa. -l penetrar el punzón en el material de la pieza, lo fuerza a pasar a tra&$s del claro en dirección opuesta a la del punzón. 7omo el tocho no se mue&e con respecto al recipiente, no ha# fricción en las paredes del recipiente. or tanto, la demanda de fuerza en el punzón es menor que en la extrusión directa. Las limitaciones de la extrusión in&ersa &ienen impuestas por la menor rigidez del punzón hueco # la dificultad de sostener la pieza extruida tal como sale de la matriz. n e'emplo se puede &er en la fi.6ra ;+
Fig. 3
?ambi$n con la extrusión indirecta se pueden producir secciones huecas. ara ello, el punzón presiona en el tocho, forzando al material a circular alrededor del punzón en forma de copa. )xisten limitaciones prácticas en la longitud de la pieza extruida, as! como con el sostenimiento del punzón a medida que la longitud aumenta.
#$%& '()'* # '++' p-.+ ;2
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3.2.3.- Extrusión en frío
>ependiendo del material de la pieza # de la magnitud de la deformación a que se someta durante el proceso, la extrusión se realizará en fr!o o en caliente. Los metales t!picos de extrusión en caliente son aluminio, cobre, magnesio, zinc, estao # sus aleaciones. )stos mismos materiales tambi$n se extru#en algunas &eces en fr!o. Los aceros normalmente son extruidos en caliente, aunque los más sua&es # más d3ctiles *aceros con ba'o contenido de carbono # algunos aceros inoxidables+ tambi$n se extru#en algunas &eces en fr!o. )l aluminio # la ma#or!a de sus aleaciones son un material ideal para la extrusión *en caliente o en fr!o+, as! que muchos productos comerciales con base de aluminio se elaboran por este proceso perfiles estructurales # marcos para puertas # &entanas. 4eneralmente, tanto la extrusión en fr!o como la extrusión «en tibio» se emplean para producir series moderadas de piezas, frecuentemente en forma acabada o semiacabada, con claras &enta'as ma#or resistencia debida al endurecimiento, tolerancias estrechas, acabados superficiales me'orados, ausencia de capas de óxidos, con altas &elocidades de producción # sin necesidad de calentar el tocho inicial. )l t$rmino “e3trusión por impacto” se usa para indicar una extrusión fr!a de alta &elocidad. 3.2.4.- Extrusión en caliente
La extrusión en caliente comporta el calentamiento pre&io del tocho a una temperatura superior a la su#a de cristalización, lo que reduce la resistencia # aumenta la ductilidad del metal, permitiendo ma#ores reducciones de tamao # la obtención de formas más comple'as. )ste procedimiento permite reducir la necesidad de fuerza en el punzón, ma#or &elocidad del mismo # me'ora de las caracter!sticas de la fibra interna en el producto final.
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7uando se produce el enfriamiento del tocho por contacto con las paredes del recipiente, se crea un problema, que para solucionarlo, en ocasiones, debe plantearse la extrusión isot$rmica. La lubricación es un aspecto &ital de la extrusión en caliente de ciertos metales acero, lo que ha obligado a desarrollar ciertos lubricantes especiales para que sean efecti&os ba'o las condiciones agresi&as del proceso. -lgunas &eces se usa el &idrio como lubricante de la extrusión en caliente que, además de reducir la fricción, proporciona un efecti&o aislamiento t$rmico entre el tocho # el recipiente. 3.2.5.- Proceso continuo
n &erdadero proceso continuo permite una producción estable durante un per!odo indefinido de tiempo. -lgunas operaciones de extrusión se acercan a este ideal, produciendo secciones mu# largas en un solo ciclo, pero finalmente quedan limitadas por el tamao del tocho que se puede cargar en el contenedor. -s! que realmente se puede contemplar como procesos semicontinuos. rácticamente, todas las secciones posteriormente en tramos más pequeos.
largas
se
cortan
3.2..- Proceso discrecional
)n un proceso discrecional, la producción se limita a una sola pieza en cada ciclo. La extrusión por impacto es un claro e'emplo de este tipo de proceso.
;+;+1 O!ros procesos de e
La extrusión por impacto se e'ecuta a ma#or &elocidad # con carreras más cortas que la extrusión con&encional. )stá destinada a la elaboración de componentes indi&iduales *proceso discrecional+. )l punzón golpea sobre la pieza. odemos &erlo en las fi.6ra = (+
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Fig. 4
Fig. 5
uede lle&arse a cabo como extrusión directa, como in&ersa o una combinación de ambas, habitualmente en fr!o.
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La extrusión por impacto hacia atrás es la más empleada. )ntre los productos elaborados por este proceso se inclu#en tubos para pastas de dientes # carcasas de pilas # bater!as, lo que certifica la posibilidad de obtención de piezas con paredes mu# delgadas mediante este proceso. Las capacidades de reducción # caracter!sticas de alta &elocidad de producción, dotan a este sistema de gran importancia por sus connotaciones económicas. 3.3.2.- Extrusión "idrost#tica
no de los problemas de la extrusión directa es la fricción tocho=contenedor a lo largo del proceso. )ste problema se puede solucionar con&irtiendo el contenedor en una cámara de presión *como la camisa de un cilindro hidráulico+ rellena de fluido en su interior, el cual es presionado por el mo&imiento del pisón *punzón+. >e esta manera, no existe fricción dentro del recipiente # tambi$n se reduce la fricción en la abertura de la matriz. ?ambi$n es menor la fuerza que necesita el pisón, # la presión del fluido act3a sobre todas las superficies del tocho, de ah! el nombre del proceso. "e puede e'ecutar a temperatura ambiente o a temperaturas ele&adas, pero para temperaturas ele&adas se precisan fluidos # procedimientos especiales.
Fig.
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La presión hidrostática sobre el material de la pieza incrementa su ductilidad. or consiguiente, este proceso es adecuado para materiales que son demasiado frágiles para la extrusión con&encional, lo que no significa que los metales d3ctiles no puedan extruirse hidrostáticamente, puesto que para ellos es posible una alta relación de reducción. na des&enta'a de este proceso es que se requiere la preparación de los tochos iniciales, mecanizando una espiga en uno de sus extremos para que a'uste con al ángulo de entrada de la matriz, as! act3a como cierre estanco para las fugas del fluido a tra&$s de la abertura al iniciarse la presurización del recipiente.
;+=+1 Defec!os en prod6c!os e
Fig. $
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a% &eventado central
?ambi$n conocido como fractura de punta de flecha, es el desarrollo de una grieta interna, resultante de los esfuerzos de tensión a lo largo de la l!nea central de la pieza durante la extrusión. -unque pueden parecer improbables en un proceso de compresión como la extrusión, los esfuerzos de tensión suelen aparecer en zonas apartadas del e'e central ba'o condiciones que les ocasionan gran deformación. )l mo&imiento de material es ma#or en la periferia, tirando del material a lo largo del centro de la pieza. "i los esfuerzos son lo suficientemente importantes, ocurre el re&entado central. Las condiciones que promue&en estas fallas son los ángulos obtusos de la matriz, las ba'as relaciones de extrusión # las impurezas del material de la pieza, sir&iendo estas 3ltimas como punto de inicio de las grietas. La detección del re&entado central es mu# dif!cil, # al ser un defecto interno no se obser&a =generalmente=en una inspección &isual normal. '% &u'ificado ('olsa de contracción%
-sociado con la extrusión directa, es un hundimiento *rechupe+ en un extremo del tocho, pudi$ndose paliar con el uso de un bloque simulado de diámetro ligeramente menor que el del tocho. ?ambi$n se le conoce como cola de tubo # cola de pescado. c% )grietado superficial
)s el resultado de las altas temperaturas de la pieza, generadas por una gran *pero inadecuada+ &elocidad de extrusión que desarrolla altas &elocidades de deformación asociadas con generación de calor, causando el desarrollo de grietas en superficie. Gtros factores que contribu#en al agrietamiento superficial son fricción alta # el enfriamiento rápido de la superficie de los tochos cuando están a altas temperaturas procedentes de la extrusión en caliente.
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=+1 Es!irado =+'+1 In!rod6cción )s una operación en la que la sección trans&ersal de una barra, &arilla o alambre se reduce al tirar del material a tra&$s de la abertura de una placa matriz, contemplada como proceso de deformación &olum$trica.
>e caracter!sticas parecidas a la extrusión, se diferencia en que en el estirado se tira del material a tra&$s de la matriz, mientras que en la extrusión se empu'a a tra&$s de ella. -unque es ob&ia la presencia de esfuerzos de tensión, la compresión tambi$n 'uega un papel importante, puesto que el metal se comprime al pasar a tra&$s de la abertura de la matriz. or esta razón, la deformación que ocurre en el estirado, algunas &eces recibe el nombre de compresión indirecta o in&ersa. )ntre el estirado de barras # el estirado de alambre la 3nica diferencia básica es el tamao del material que se procesa. )l estirado de barras se refiere al material de diámetro grande, mientras que el estirado de alambre se aplica al material de diámetro pequeo, pudi$ndose alcanzar diámetros de 0.05 mm. -unque la mecánica del proceso es la misma para los dos casos, el equipo # la terminolog!a mantienen algunas diferencias. )l estirado de barras se realiza generalmente como una operación de estirado simple, pasando el material a tra&$s de la abertura de la matriz. uesto que el material de partida es de ma#or diámetro, no suele &enir enrollado, sino en forma de barras, lo que #$%& '()'* # '++' p-.+ ;B
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limita la longitud de traba'o teniendo que recurrir a operaciones en lote. or el contrario, el alambre se estira a partir de rollos de alambre, cu#a longitud es de &arios cientos de metros pasando a tra&$s de una serie de placas matriz. La cantidad de placas &ar!a, puede oscilar entre cuatro # doce. )stirado continuo “continuous dra4ing” es el t$rmino utilizado para describir este tipo de operación, debido a los grandes metra'es de producción que alcanzan con los rollos de alambre, #a que suelen soldarse a tope con el siguiente # as! e'ecutar el proceso de forma &erdaderamente continua. =+2+1 8r-c!ica de0 es!irado )l estirado se realiza generalmente en fr!o, destinado frecuentemente a producir secciones redondas, aunque tambi$n se pueden estirar secciones cuadradas # con otras formas. )l estirado de alambre es un proceso industrial importante que pro&ee materia prima para productos comerciales como cables de acero, cables el$ctricos, alambre para cercas, carros para supermercados, &arillas para producir cla&os, tomillos, remaches, resortes, as! como para otros art!culos de ferreter!a. )l estirado de barras se usa para producir barras destinadas al mecanizado # para otros procesos.
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Las &enta'as del estirado son
7ontrol dimensional preciso.
-cabado superficial bueno.
ropiedades mecánicas me'oradas.
-daptabilidad para la producción económica *gran metra'e+ o en lotes.
Las &elocidades de estirado son altas 0 m5s para los alambres mu# finos. =+;1 Es!irado de !6/os )l estirado tambi$n se utiliza para reducir el diámetro o el espesor de la pared de tubos sin costura # tuber!as. )l estirado del tubo se puede e'ecutar con o sin mandril. )l m$todo más sencillo no usa mandril # se aplica para la reducción del diámetro, pero con el problema deri&ado de carecer de control sobre el diámetro interno # el espesor de la pared.
%sta es la razón por la que se usan mandriles de &arios tipos, dos de los cuales se muestran en la figura
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)l mandril fi'o, montado en una barra soporte, fi'a el diámetro interior # el espesor de la pared del tubo durante la operación. Las limitaciones prácticas en la longitud de la barra de soporte restringen la longitud de los tubos que se pueden estirar. )l tapón flotante, cu#a forma se disea de manera que encuentre su posición natural en la zona de reducción de la matriz, e&ita las limitaciones en la longitud del estirado.
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(+1 Conformado mec-nico de 0-minas me!-0icas (+'+1 In!rod6cción )l conformado mecánico de láminas metálicas =en la ntroducción de este cap!tulo #a dimos la razón de la denominación «láminas metálicas» engloba las operaciones de corte # conformado. )l espesor del material oscila entre algunas d$cimas de mil!metro hasta 0 mm para la ma#or!a de los traba'os. - partir de esta medida, los parámetros sufren algunas &ariaciones, por lo que se aplican ciertas modificaciones. Las láminas utilizadas =generalmente= proceden del laminado. La importancia económica del conformado de láminas es considerable, solamente tenemos que echar un &istazo por encima a la cantidad de productos industriales # de consumo que inclu#en piezas de láminas metálicas carrocer!as de automó&iles # camiones, barcos, a&iones, &agones de ferrocarril # locomotoras, equipos de construcción, equipos agr!colas, utensilios grandes # pequeos, muebles para oficina, ordenadores # equipo de oficina, etc. -unque estos e'emplos son ob&ios, puesto que su periferia está formada por láminas metálicas, muchos componentes internos de estos mismos productos tambi$n son de lámina metálica. Las piezas de lámina metálica se caracterizan =generalmente=por su resistencia, buena precisión dimensional, buen acabado superficial # ba'o coste relati&o. -s! pues, se disean operaciones de gran producción para las grandes cantidades de componentes que se requieren en muchos de los productos arriba mencionados. La ma#or!a de los procesos se realizan en fr!o =a temperaturas ambiente=excepto cuando el material tiene un espesor considerable, es frágil o la deformación es importante. ara facilitar la producción, las láminas metálicas se introducen en las prensas en forma de tiras o bobinas. Los procesos se agrupan en tres bloques
7orte.
>oblado.
)mbutido. #$%& '()'* # '++' p-.+ =;
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)l corte se usa para trocear láminas grandes en piezas más pequeas, para delimitar el per!metro o hacer agu'eros en una pieza. )l doblado # el embutido tienen su aplicación en la transformación geom$trica #, consecuentemente, dimensional. )l herramental utilizado para e'ecutar estas operaciones suele estar compuesto por punzón # matriz, montadas en máquinas herramientas llamadas prensas. ara distinguirlas de las prensas de for'ado # extrusión suelen denominarse prensas de troquelado o prensas de matricer!a. - las piezas elaboradas por estos m$todos suelen denominarlas troqueladas o estampadas. (+2+1 Operaciones de cor!e )l corte es consecuencia de un proceso de cizalladura materializado entre dos bordes afilados de corte. La secuencia de la acción de la cizalla se describe en los cuatro pasos esquematizados
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)l filo de corte superior *punzón+ se desplaza hacia aba'o sobrepasando el filo =estacionario=de corte inferior *matriz+. 7uando el punzón empieza a empu'ar el material, se produce una deformación plástica en las superficies de la lámina #, a medida que $ste sigue a&anzando produce una penetración que comprime la lámina pro&ocando la fractura *corte+ del material. "i la distancia entre el punzón # la matriz *'uego o claro+ es la correcta, las dos l!neas de fractura se encontrarán # el resultado es una separación limpia en dos piezas. Los bordes cizallados de la lámina tienen formas caracter!sticas que se muestran en la figura
)ncima de las superficies de corte ha# una región que se llama redondeado. )ste corresponde a la depresión formada por el punzón en la pieza antes de empezar el corte, 'usto donde empieza la deformación plástica. - continuación se encuentra una zona, relati&amente lisa, llamada bruido, consecuencia de la penetración del punzón en el material antes de empezar la fractura. >eba'o está la zona de fractura, una superficie bastante tosca del borde, donde el mo&imiento continuo del punzón hacia aba'o ha causado la fractura o desgarro del material. Hinalmente, al fondo encontramos la rebaba, un filo causado por el alargamiento del metal durante la separación final de las dos piezas. 5.2.1.- *i+allado, pun+onado perforado
7onsideramos tres operaciones en el traba'o con prensa que cortan el metal por el mecanismo de cizalladura descrito el cizallado, el punzonado # el perforado. )l cizallado es la operación que corta una lámina de metal a lo largo de una l!nea recta comprendida entre dos bordes de corte. #$%& '()'* # '++' p-.+ =(
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)l cizallado normalmente se emplea para reducir grandes láminas a secciones más pequeas para posteriores operaciones de prensado # troceado. "e e'ecuta en una máquina llamada cizalla, la cual dispone su cuchilla superior de forma sesgada, con el ob'eti&o de sua&izar la acción, reduciendo de esta forma la fuerza requerida para el corte. )l punzonado /blan6ing0 comporta el corte de una lámina de metal a lo largo de una l!nea cerrada en un solo paso, para separar la pieza del material circundante, siendo la parte separada la forma deseada de la operación. )l perforado /punching0 es mu# parecido al punzonado, con la excepción de que la parte resultante del corte se desecha, quedando el material restante como pieza deseada. )n la figura se puede obser&ar la diferencia.
#$%& '()'* # '++' p-.+ =*
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(+;+1 An-0isis de0 cor!e Los parámetros importantes en el corte de láminas metálicas son el 'uego o claro entre el punzón # la matriz *tambi$n denominada sufridera+, el espesor # tipo de material, as! como su resistencia # la longitud del corte. 5.3.1.- uego o claro
)n las operaciones de corte, a la distancia entre el punzón # la matriz se le denomina 'uego o claro. 4eneralmente, oscilan entre K # @M del espesor de la lámina metálica para el prensado con&encional. )l efecto de los 'uegos inadecuados se puede &er en la figura.
"i el 'uego es demasiado 'usto, las l!neas de fractura tienden a pasar una sobre otra, pro&ocando un doble bruido # requiriendo ma#or fuerza de corte. "i el 'uego es demasiado grande, las aristas de corte pellizcan el metal generando una rebaba excesi&a. )n operaciones especiales que requieren bordes mu# rectos, el 'uego aplicado corresponde al M del espesor del material. or tanto, el 'uego correcto depende del tipo de lámina # de su espesor, as! que podemos calcularlo con la siguiente fórmula
ca
material.
#$%& '()'* # '++' p-.+ =@
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Los &alores del 'uego pueden ser aplicados al punzonado con&encional # a las operaciones de perforado de agu'eros para determinar el tamao adecuado del punzón # de la matriz. )s e&idente que la abertura de la matriz siempre será ma#or que el tamao del punzón. or tanto, la adición del &alor del 'uego al tamao de la abertura de la matriz, o la resta del tamao del punzón, dependerá de que la parte que se corta sea la pieza deseada o recorte *pedacer!a+.
ara que las piezas o los recortes caigan a tra&$s de la matriz, la abertura de $sta debe tener un desahogo angular entre 0,2E # ,E en cada lado.
5.3.2.- Fuer+as de corte
)s importante calcular la fuerza de corte necesaria, #a que $sta determina el tamao *tonela'e+ de la prensa a utilizar. La fuerza de corte 7 en el traba'o con láminas puede determinarse por 789:r:) #$%& '()'* # '++' p-.+ =
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siendo " la resistencia al corte del material. r el espesor del material. ) la longitud de la arista de corte. )n el punzonado, perforado, ranurado # operaciones similares, ) corresponde a la longitud del per!metro de la geometr!a o agu'ero que se corta. )n la determinación de ) se puede anular el efecto del 'uego. (+=+1 O!ras operaciones de cor!e de 0-minas me!-0icas -demás del cizallado, punzonado # perforado existen otras operaciones de corte mediante prensado, tales como
7orte en trozos # partido.
Banurado, perforado m3ltiple # muescado.
Becorte, rasurado # punzonado fino.
(+=+'+1 Cor!e en !rozos par!ido )l corte en trozos es una operación de corte en que las piezas se separan de una tira, cortando las matrices de forma opuesta, tal como se muestra en la figura, produciendo una pieza nue&a en cada corte. Las caracter!sticas que distinguen el corte en trozos del corte con&encional son •
•
Los bordes de corte no deben ser necesariamente rectos. Las piezas enca'an en la tira de tal manera que se e&itan los recortes.
)l partido consiste en el corte de una tira por un punzón con dos filos, cu#as geometr!as coinciden con los lados opuestos de la pieza, tal como se muestra en la figura. )l partido es menos eficiente que el corte en trozos debido a la producción de recortes.
#$%& '()'* # '++' p-.+ =B
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(+=+2+1 an6rado, perforado m0!ip0e, m6escado # semi1 m6escado )l t$rmino ranurado se usa algunas &eces para referirse a la operación de punzanado en que se corta un agu'ero rectangular o alargado. )l perforado m3ltiple es la perforación simultánea de &arios agu'eros en una plancha. )l patrón de distribución # medida de los agu'eros es &ariable, en función del uso a que se destine, decoración, gu!a de tubos, &entilación, paso de luz, fluidos o gases, etc.
ara obtener el contorno deseado de una pieza, habitualmente se cortan trozos de plancha mediante procesos de muescado o semimuescado. )l muescado es el corte de un trozo de material en un lado de la plancha o de la tira. )l semimuescado recorta una porción de material del interior de la plancha.
#$%& '()'* # '++' p-.+ (
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uede parecer que el semimuescado es lo mismo que el perforado o el ranurado. La diferencia es que el espacio de'ado por el material cortado por el semi=muescado crea parte del contorno de la pieza, mientras que el perforado # el ranurado generan agu'eros en la pieza. (+=+;+1 ecor!e, ras6rado p6nzonado fino )l recorte se realiza en piezas #a conformadas para quitar el exceso de material # determinar su tamao. )l t$rmino tiene el mismo significado que en for'ado. n e'emplo t!pico es el recorte de la parte superior de una copa elaborada por embutido profundo para su acabado en forma # dimensiones deseadas. )l rasurado se e'ecuta con un 'uego =entre punzón # matriz= mu# pequeo, destinado a obtener dimensiones precisas # bordes lisos # rectos. )s una operación de acabado que se aplica a las piezas que han sido cortadas pre&iamente.
)l punzonado fino es una operación de cizallado, empleada para cortar piezas con tolerancias estrechas # obtener bordes rectos # lisos en un solo paso. -l inicio del ciclo, una placa pisón con salientes en forma de :, aplica una fuerza de su'eción contra la plancha, con el ob'eti&o de comprimir el material # pre&enir la distorsión. "eguidamente, el punzón desciende con una &elocidad más ba'a de lo normal # con 'uegos más reducidos para proporcionar las dimensiones # los bordes deseados. )ste proceso normalmente se utiliza con espesores pequeos.
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*+1 Operaciones de do/0ado *+'+1 In!rod6cción )n el ámbito del conformado de láminas metálicas el doblado se define como la deformación del material alrededor de un e'e recto. >urante la e'ecución de doblado, el material de la zona interior del plano neutral se comprime, mientras que el de la zona exterior se estira. or tanto, el material se deforma plásticamente adoptando el doblez de forma permanente al cesar los esfuerzos que lo causaron. )l doblado, teóricamente, produce poco o ning3n cambio en el espesor de la lámina, aunque en la práctica no es del todo cierto.
*+2+1 Do/0ado en # do/0ado de /ordes Las operaciones de doblado se realizan utilizando di&ersos tipos de herramientas, aunque básicamente son punzones # matrices o sufrideras. Los dos m$todos de doblado más comunes son el doblado en :, e'ecutado sobre una sufridera en :, # el doblado de bordes, e'ecutado con una matriz deslizante.
#$%& '()'* # '++' p-.+ (2
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)n el doblado en :, la plancha se dobla entre un punzón # una matriz, ambos en forma de :, con di&ersidad de ángulos posibles. )ste m$todo de doblado, normalmente se utiliza para operaciones de ba'a producción # se e'ecuta en prensa. )l doblado de bordes comporta una carga &oladiza sobre la plancha. "e emplea una placa pisón para la su'eción de la pieza contra la superficie de la matriz, mientras que el punzón fuerza la parte en &oladizo para doblarla sobre el borde de la matriz. )n la figura, el doblado se limita a ángulos de 90E, pero tambi$n se disean para traba'os de gran producción de matrices deslizantes, más complicadas # para ángulos ma#ores de 90E. La presión de la placa pisón aade más complicación a las matrices deslizantes. *+;+1 An-0isis de0 do/0ado )l material de espesor t se dobla a tra&$s de un ángulo de doblado . )l resultado es una plancha con un ángulo incluido l< tal que N l O @0E. )l radio del doblado B normalmente se referencia sobre la parte interna, en lugar de sobre el e'e neutral. )ste radio del ángulo queda determinado por el radio del punzón, que a su &ez, no puede ser inferior a un &alor m!nimo =dependiendo del tipo de material # espesor para e&itar la formación de grietas en el cur&ado a lo largo de la pieza P. *+;+'+1 To0erancia de do/0ado "i el radio del doblado es pequeo con relación al espesor del material, $ste tiende a estirarse durante el doblado. )s importante poder estimar la magnitud del estirado, de manera que la longitud final de la pieza coincida con la cota especificada. )l problema es determinar la longitud del e'e neutro antes del doblado, para controlar el estirado de la sección doblada final. *+;+2+1 ec6peración e0-s!ica 7uando cesa la presión al terminar la operación de doblado, la propia elasticidad de la parte doblada hace que $sta recobre parcialmente su forma original. )sta recuperación elástica se define como el incremento del ángulo comprendido en la parte doblada en relación con el ángulo de la herramienta formadora *punzón=matriz+ despu$s de que esta 3ltima se ha retirado. #$%& '()'* # '++' p-.+ (;
