Matriceria

TRATADO DE MATRICERÍA

Antonio Florit

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Aunque se han tomado todas las precauciones necesarias para asegurar la exactitud de las informaciones proporcionadas en este libro, ni el autor ni el editor pueden ser considerados responsables de las consecuencias derivadas de informaciones incorrectas o mal presentadas, así como tampoco de omisiones o errores que se hubieran podido producir en la realización de este libro.

No se permite la reproducción total o parcial de este libro, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright.

Diseño de cubierta y maquetación de la obra: TECNOFISIS GLOBAL, S.L. Imagen de portada y contraportada: Quantech ATZ DERECHOS RESERVADOS: © de la obra: Antonio Florit Sans © 2008 para la presente edición en español: TECNOFISIS GLOBAL, S.L. C/ Arquitecto Calzada, 1, 3º 1ª – (08940) Cornellà del Llobregat, Barcelona www.tecnofisis.com email: [email protected] ISBN: 978-84-612-688-7 Depósito Legal: Z-3778-2008 Impresión: INO REPRODUCCIONES, Zaragoza Impreso en España – Printed in Spain

Sumario

11

1

Matricería

2

Fundamentos de corte

3

Características constructivas de las matrices de corte

148

4

Procedimientos de conformado de la chapa

264

5

Doblado

268

6

Embutición

394

7

Materiales de construcción de los útiles de conformado y su tratamiento

580

Repulsado

604

8

80

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Presentación

Es para mí una gran satisfacción el poder ofrecerles este “Tratado de Matricería”, cuya iniciativa surgió en un intento de paliar la falta de recursos didácticos y de contenidos técnicos actualizados en lo que a esta rama de la Mecánica se refiere. Debo reconocer no obstante que, cuando uno decide emprender un proyecto de esta envergadura, quizás no es totalmente consciente de la enorme labor que representa la recopilación y la selección de material, así como el ensayo de los numerosos ejercicios que en la obra se exponen a modo de ilustración o demostración. Desde un principio y en este aspecto, cabe decir que mi trabajo se vió alentado por el apoyo de numerosas personas y entidades afines a la profesión que, conocedoras del vacío en cuanto a información técnica actualizada se refiere, me animaron en todo momento a continuar, aportando ideas y depositando en mí y en mi proyecto su máxima confianza, tanto personal como profesionalmente. La preparación de este libro, pensado como una obra de consulta para empresarios del sector y profesionales de industrias afines, profesores técnicos de Formación Profesional, proyectistas, mandos intermedios, oficiales ajustadores y aprendices matriceros, y también como un recurso valioso para el aprendizaje de los estudiantes de Formación Profesional, ha sido llevada a cabo contando con las últimas innovaciones tecnológicas en cuanto a los procesos de deformación de la chapa se refiere. De ese modo, sus contenidos han sido desarrollados desde una perspectiva completamente renovada y con una exposición minuciosa de las nuevas técnicas de diseño, construcción y fabricación más avanzadas, teniendo en cuenta el uso de nuevos materiales y la aplicación de recubrimientos de mejores prestaciones, así como el empleo de novedosos sistemas y elementos normalizados. Todo ello sin perder de vista los procedimientos de trabajo convencionales, no menos rigurosos e importantes, y aún insustituíbles en numerosos procesos productivos. Ahora, con la ilusión que supone sacar a la luz una nuevo título y con la convicción más absoluta de su razón de ser, quisiera invitar desde estas líneas a la lectura y práctica de esta obra, especialmente a los nuevos aprendices de taller, a los estudiantes de Formación Profesional y también a todos aquellos que quieran adentrarse en este ámbito tan interesante como competitivo, y que tanta proyección de futuro ofrece, para que dentro de un tiempo podamos hablar de nuevos valores y mejores profesionales del oficio. El autor

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Tratado de Matricería

6. Embutición

6.1 Definición y descripción del proceso de embutición Generalidades La embutición es un proceso de matricería que consiste en la fabricación de piezas recipientes por la deformación en frío de una chapa plana o formato. Esta técnica de conformado solamente es aplicable a los materiales metálicos, y se basa en la plasticidad de dichos materiales y en su facilidad de fluencia y adaptación a las formas de los útiles, para conseguir infinidad de productos de cierta capacidad o volumen.

La embutición es un procedimiento de conformado que aprovecha la capacidad de fluencia de algunos materiales metálicos para conseguir piezas recipientes a partir de una chapa o formato plano.

El procedimiento de embutición trata de obtener formas recipientes únicamente por deformación del material y no por estirado del mismo. De este modo, se puede afirmar que la embutición ideal es aquella en la cual la chapa es capaz de conservar su espesor inicial o de forma-

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Embutición

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to, una vez que ha sido sometida a la deformación propia del proceso. En la inmensa mayoría de los casos no ocurre así, pues, como veremos más adelante, los esfuerzos producidos durante el proceso hacen que la chapa experimente algunas variaciones respecto a su espesor inicial. La embutición de la chapa se realiza mediante unos utillajes de construcción similar a las matrices corte. La principal diferencia que existe radica en la forma redondeada y perfectamente pulida de las aristas de los elementos activos, cuya finalidad es facilitar el deslizamiento del material entre ambos elementos. Punzón y matriz de un utillaje de embutición. La práctica de unos radios adecuados y Los espesores de chapa que se pueden embutir convenientemente pulidos en los elementos oscilan entre unas pocas décimas y unos veinte milíactivos del útil facilitan el deslizamiento metros, dependiendo, claro está, de la aplicación que suave de la chapa entre dichos elementos. se va a dar a los productos fabricados. Por poner un ejemplo, en el sector del automóvil se utilizan chapas cuyo espesor ronda los 0,8 mm para piezas de panelería. En cambio, en el campo de la calderería resulta, habitual la embutición de espesores superiores a los 5 mm. En cualquier caso, y dada la multitud de productos que pueden fabricarse mediante este procedimiento, la embutición es considerada como uno de los procesos más importantes dentro del ámbito de la deformación en frío de la chapa.

Diversas piezas embutidas.

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Descripción de los procesos de embutición El desarrollo de un procedimiento de embutición presenta la mayoría de las veces una serie de dificultades añadidas respecto a otros procesos, porque la deformación sufrida por la chapa en el transcurso de la operación supone grandes desplamientos moleculares en el material conformado. Los esfuerzos de estiramiento y de compresión de la chapa en las zonas críticas de una embutición son mucho más acusados que en otros procesos, dando lugar, en numerosas ocasiones, a la formación de arrugas, pliegues y roturas. El uso de pisadores o sujetachapas en los procesos de embutición disminuye o elimina los problemas derivados de tales deformaciones, aunque, en algunos casos, el conformado de la chapa puede realizarse sin la ayuda de estos elementos. En estas circunstancias, el utillaje está formado únicamente por un punzón y una matriz, aparte de los elementos de base y de sujeción de ambos. El proceso de embutición en el cual no interviene ningún elemento de pisado del material se denomina “embutición de simple efecto” y, en él, la superficie de la chapa permanece libre hasta que no se produce la embutición.

Utillajes empleados para la embutición de una misma pieza, sin (izda.) y con pisado de la chapa (dcha.).

Para conocer con anterioridad a la ejecución de un proyecto de embutición si resultará viable sin llevar a cabo el pisado de la chapa, es suficiente con observar que se cumple la siguiente relación:

d ≥ 0,8 D siendo (d) el diámetro de la pieza embutida obtenido sobre su fibra neutra, y (D) el diámetro del desarrollo o formato inicial, ambos términos expresados en mm.

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Embutición

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* Con objeto de homologar criterios sobre la determinación de desarrollos de las piezas embutidas, y para evitar confusiones al respecto, el cálculo y la resolución de los ejercicios de este tema han sido realizados sobre la fibra neutra (x) de la chapa, tomando como valor único: x = 0,5 · e Del mismo modo, todos los ejemplos expuestos hacen referencia a la embutición de piezas de revolución (tanto los textos como las imágenes), salvo excepciones donde se exprese lo contrario.

Embutición sin pisado de la chapa

Los procesos de embutición de simple efecto o sin pisado de la chapa se llevan a cabo mediante útiles de construcción sencilla, que constan únicamente de un punzón y de una matriz, sujeta sobre una base, para su fijación a la prensa. El centraje del formato sobre el utillaje se realiza con la ayuda de una plantilla o de unos topes, a conveniencia. La embutición sin pisado de la chapa se sucede según las siguientes fases (ver página 398): En su posición de reposo, la parte móvil del utillaje se encuentra en el punto muerto superior (PMS) de la máquina. La chapa a conformar se coloca centrada sobre la matriz, que se Secuencia 1). halla sujeta a la mesa de la prensa (S Cuando la máquina es accionada, el cabezal de la prensa inicia su descenso y el punzón Secuencia 2). entra en contacto con el formato a embutir (S El avance del cabezal de la máquina continúa y, una vez que ha sido vencida la resistencia de la chapa, ésta comienza a deslizarse entre el punzón y la matriz. Cuando la parte móvil de la herramienta llegue al punto muerto inferior de su carrera (PMI), la chapa habrá adoptado la Secuencia 3). forma definitiva (S En su última fase, el cabezal de la prensa retorna a su posición inicial y la pieza queda liberada del punzón por el tope de su sección contra la arista inferior de la vida de la matriz. Cuando la parte móvil alcance el punto muerto superior (PMS), la prensa estará preparada Secuencia 4). para realizar un nuevo ciclo (S

Embutición con pisado de la chapa

Como en otras operaciones de matrizado, la sujeción del material durante el desarrollo de un proceso de embutición juega un papel muy importante en la obtención de productos de elevada calidad.

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Secuencia 1

Secuencia 2

Secuencia 3

Secuencia 4

Secuencias de un proceso de embutición sin pisado de la chapa.

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Embutición

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En los procedimientos de embutición con pisado de la chapa los utillajes están dotados de un sistema elástico que permite sujetar el material a conformar, manteniéndolo inmovilizado en todo momento. Además, el uso de un pisador permite el guiado de los punzones en toda su longitud, evitando alineaciones defectuosas a causa de pandeos u holguras. En consecuencia, dichos procedimientos son los más utilizados en el ámbito del conformado de la chapa. Las fases de un proceso de embutición con pisado de la chapa, son las siguientes (ver página 4000): Del mismo modo que ocurre en otras operaciones, una vez montada la matriz en la prensa y estando en su posición de reposo o punto muerto superior (PMS), la chapa a embutir se Secuencia 1). centra en la matriz, según los elementos dispuestos a tal efecto (S Cuando la máquina es accionada, el cabezal comienza su carrera de descenso y el pisador hace contacto sobre la chapa, cediendo en el momento en que la fuerza de la prensa supera Secuencia 2). la presión ejercida por los elementos elásticos del útil (S La parte móvil del utillaje continúa bajando y el punzón inicia la embutición de la chapa, Secuencia 3). obligándola a fluir entre éste y la matriz (S Cuando la prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzón se halla alojado dentro Secuencia 4). de la matriz y la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva (S En la última fase del proceso, el cabezal de la prensa vuelve a su posición inicial. En los casos en que una parte de la superficie de la chapa no deba ser embutida, es liberada por el pisador en el instante inmediato en que el punzón se esconde, por ausencia de presión sobre la parte móvil del utillaje. En tales circunstancias, la evacuación de las piezas se realiza por la parte superior de la matriz. Si, por el contrario, la superficie del formato debe ser embutido íntegramente, el desalojo de las piezas se efectúa gracias al agujero practicado a tal efecto en Secuencia 5). la parte fija del útil (S Al llegar a la posición de reposo o punto muerto superior (PMS), la prensa está lista para Secuencia 6). iniciar un nuevo ciclo, previamente retirada la pieza embutida (S En el ámbito de la troquelería pesada, y también en el de conformado de piezas de tamaño medio, los procedimientos de embutición con pisado de la chapa se desarrollan de modo diferente, la concepción de los troqueles, las fuerzas que actúan sobre ellos y el sistema de funcionamiento de las prensas son también distintos. La técnica consiste en “invertir” la posición del útil sobre la prensa, y es utilizada básicamente en los procesos de embutición de piezas para el sector del automóvil, aunque también tiene numerosas aplicaciones en otros sectores del conformado de la chapa. De ese modo, la matriz de embutir se halla situada en la parte superior de la máquina, solidaria con el carro o maza, mientras que el punzón de conformado y el pisador se disponen sobre la mesa, en la parte inferior de la prensa.

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Secuencia 1

Secuencia 2

Secuencia 3

Secuencia 4

Secuencia 5

Secuencia 6

Secuencias de un proceso de embutición con pisado de la chapa.

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Embutición

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Troquel de embutir.

Considerando el tamaño de los formatos, su área de pisado y la magnitud de los esfuerzos solicitados para llevar a cabo tal acción, es obvio que el sistema de pisado de la chapa en los troqueles no puede estar constituído por simples elementos elásticos. En estos casos, la fuerza necesaria para efectuar el pisado de la chapa se obtiene gracias a uno o varios cojines neumáticos, que, convenientemente dispuestos bajo la mesa de la prensa y mediante unos pernos de presión, tienen la capacidad de transmitir los esfuerzos requeridos (ver página 67 del capítulo 1). La ventaja principal de los cojines neumáticos reside en su capacidad de regulación y control, pudiéndose modificar los valores de los esfuerzos transmitidos, en función de las características físicas del material a conformar y también de otros parámetros que intervienen en el proceso. Cabe decir que esta misma ventaja puede suponer un inconveniente, si el proceso loea desarrolla un operario inexperto. Las fases de un proceso de embutición llevado a cabo mediante un troquel de estas características son las siguientes: En su fase inicial, la matriz está sujeta al carro o maza de la prensa, en su posición de reposo o punto muerto superior (PMS). El formato a embutir se centra sobre el pisador, cuyo plano de trabajo se halla a un nivel ligeramente superior al del punzón de conformado, gracias a la Secuencia 1). acción de los pernos de presión (S Cuando se acciona la prens es accionada, la maza inicia su carrera de descenso y la matriz hace contacto sobre el formato. El pisador comenzará a ceder en el momento en que la fuerza de la maza supere la presión ejercida por los cojines, iniciándose así la embutición de la Secuencia 2). chapa (S www.tecnofisis.com

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La matriz continúa bajando, obligando el material a fluir entre ésta y el punzón. Cuando la prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzón se halla alojado dentro de la matriz y la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva. En esta fase, el pisador se Secuencia 3). encuentra retraído por la presión ejercida sobre él por parte de la matriz (S En la última fase del proceso, el carro de la prensa vuelve a su posición inicial. Conforme la matriz deja de presionar el pisador, éste sube por acción de los pernos de presión. La pieza embutida es extraída del punzón, liberándose completamente en el instante inmediato en que el pisador alcanza el final de su carrera y la matriz deja de hacer contacto sobre el mismo. Al llegar a su punto muerto superior (PMS), la prensa está lista para iniciar un nuevo ciclo, preSecuencia 4). viamente retirada la pieza embutida (S

Secuencia 1

Secuencia 2

Secuencia 3

Secuencia 4

Secuencias de un proceso de embutición con pisado de la chapa mediante cojín neumático. Al no formar parte del utillaje, este último elemento no se halla representado en la figura, debiéndo sesuponer su posición bajo los pernos de presión o candelas.

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Embutición Otro sistema flotante utilizado en troquelería pesada para el pisado de la chapa, es aquél en que los cojines neumáticos son sustituídos por cilindros de gas. Los cilindros de gas son unos elementos homologados, de cuerpo cilíndrico y hueco, aunque compacto, que constan de un vástago dotado de un émbolo en uno de sus extremos. En el interior de los cilindros, se dispone una carga de gas nitrógeno (N) a una presión determinada por el fabricante, la cual produce una fuerza de reacción sobre el émbolo de sus vástagos. Esta fuerza es aprovechada como elemento elástico o de recuperación en los sistemas de pisado de los troqueles.

403

Los cilindros de gas se utilizan en troquelería como elementos elásticos de los sistemas flotantes de pisado para la transmisión de grandes esfuerzos de carrera larga y baja cadencia en espacios reducidos.

La secuencia de trabajo de un troquel de embutición equipado con cilindros de gas en su sistema de pisado es idéntica a la secuencia de trabajo de un troquel con un sistema flotante formado por cojines neumáticos.

Cilindros de gas seccionados. Por cortesía de Normalizados Fibro GmbH.

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Placa de presión con amortiguación

Parte superior del útil Pisador de chapa Placa de presión con amotiguación Muelle de gas

Parte inferior del útil

Posiciones de reposo y de trabajo de un troquel dotado con cilindros de gas en su sistema de pisado.

Ejemplo de montaje de unos cilindros de gas en un troquel.

Fenómenos producidos en las piezas por la embutición de la chapa Como se ha comentado anteriormente, en el transcurso de un proceso de embutición se originan grandes desplamientos moleculares en el material conformado.

Formato o disco inicial y pieza embutida.

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Embutición

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Sabiendo que el formato o disco inicial de la chapa tiene la misma masa que el de la pieza una vez conformada, si no se produjeran tales desplazamientos moleculares, podríamos suponer que la superficie de dicho formato o disco inicial (S) debería de ser idéntica a la superficie (S’) de la misma pieza embutida. Es decir que si:

S= π · R2 , y que S’ = π · r2 + 2 · π · r · h y como S= S’ entonces tenemos que: π · R2 = π · r2 + 2 · π · r · h siendo: (S) la superficie del formato plano o disco inicial. (S’) la superficie equivalente de la pieza embutida. (R) el radio del formato plano. (r) el radio de la base de la pieza embutida. (h) la altura de la misma pieza embutida. No obstante, la ecuación anterior no es del todo precisa, porque la fluencia del propio material genera el estiramiento y su compresión en determinadas zonas críticas. La imposibilidad de obtener el formato inicial a partir del procedimiento inverso a la embutición es la prueba patente de los desplazamientos moleculares producidos, los cuales suelen dar lugar a una serie de fenómenos que habrán de tenerse en cuenta para conseguir una producción óptima y de calidad.

Descomposición por sectores de la superficie de una pieza embutida. El abatimiento de los sectores sobre el plano de la base pone de manifiesto el desplazamiento molecular sufrido por la chapa durante el proceso.

Los esfuerzos de tracción (de sentido radial) y los esfuerzos de compresión (de sentido tangencial) que se han originado sobre la chapa nos indican cuál es el verdadero comportamiento del material en un proceso de embutición.

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El mallado equidistante de un formato para su posterior embutición nos demostrará la fluencia del material que se produce durante la operación de conformado.

Obsérvese la deformación virtual de la cuadrícula, donde se revelan los puntos críticos del proceso. Por cortesía de Quantech ATZ.

La formación de una serie de pliegues o arrugas es el primer fenómeno que se produce en los procesos de conformado, como consecuencia de la reducción del diámetro del formato al diámetro de la pieza a embutir. Como es obvio, la formación de arrugas será más o menos acusada en función de la reducción del diámetro. Por término medio, y dependiendo de las características de la chapa a embutir, se estima que el formato inicial puede ser reducido en un 40 % de su diámetro, en una primera operación. Mallado sobre una pieza de chapa y principio de formación de pliegues y arrugas.

El primer efecto que se genera en un proceso de embutición es la formación de arrugas. Por cortesía de Matriçats, s.l.

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Embutición

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La aplicación de un pisador disminuye la formación de los pliegues o arrugas. Cuando el diámetro del formato deba ser reducido en más de un 20 % de su valor, será imprescindible el desarrollo del proceso con la ayuda de dicho pisador. Coeficientes de reducción admisibles para diferentes clases de chapa Material Acero

Reducción inicial (K1) Reducciones sucesivas (K2) 0,60

0,80

0,55 a 0,60

0,75 a 0,80

Acero inoxidable

0,60

0,80 a 0,85

Aluminio

0,55

0,80

0,50 a 0,55

0,75

Zinc

0,70

0,85 a 0,90

Duraluminio

0,60

0,90

0,52 a 0,55

0,75 a 0,80

Acero especial para embutir

Cobre

Latón

* Los coeficientes de reducción expresados en esta tabla son valores medios y dependen de la composición propia de cada material y de su índice de acritud, por lo cual, su exposición es meramente orientativa. Los proveedores de material suelen disponer de datos más precisos, a los cuales es conveniente remitirse cuando la ocasión lo requiera.

Secuencias de embutición de una chapa sin pisado. Siempre y cuando no se sobrepasen los valores recomendados, el paso forzado del material entre el punzón y la matriz hará que las arrugas vayan desapareciendo conforme se desarrolla la operación.

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En muchas ocasiones, resulta imposible obtener la pieza en una sola fase de conformado, con lo cual, su geometría final se consigue mediante la consecución de distintas etapas. Por cortesía de Transmac Rubí, s.l.

Otra secuencia de embuticiones sucesivas para obtener un casquillo de acero inoxidable. Por cortesía de Matriçats, s.l.

Como se ha comentado anteriormente, se parte del concepto que la embutición ideal es aquella en la cual la chapa es capaz de conservar su espesor inicial o de formato, una vez que ha sido sometida a la deformación propia del proceso. La realidad, no obstante, es bien distinta, porque los esfuerzos de tracción y de compresión producidos por los elementos del utillaje sobre el material durante el proceso de embutición generan, entre otros efectos, diversas variaciones en su espesor. Algunos de los factores que influyen notablemente en este fenómeno son:

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Embutición

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– Las características del material, entre las cuales cabe destacar su índice de acritud, su espesor y su rugosidad superficial. – Las características de los elementos activos del utillaje, tales como la forma del punzón, el valor del radio de la matriz y la rugosidad de las superficies de trabajo de ambos elementos. – Las características de la pieza a embutir, entre ellas, la relación entre el diámetro del formato, el diámetro de la pieza y su espesor, la formación de volúmenes embutidos de distinto diámetro, el conformado de aristas y los valores de los radios en la pieza. – Las condiciones de trabajo: el desarrollo del proceso en una o varias fases, la ausencia o la presencia de pisado de la chapa, la fuerza realizada en dicha operación, la superficie pisada y, por último, la lubricación de la chapa. En determinados procesos de embutición de piezas de gran tamaño, habrá que tener en cuenta, incluso, la cadencia de trabajo del utillaje. El calor originado por la fricción entre los elementos activos y la chapa deformada durante el proceso, es la causa de dilataciones nada despreciables en punzones y matrices, lo cual disminuye la holgura entre ambos elementos, con el consecuente aumento de estirado de la chapa. Salvo en los casos en que la pieza deba mantener una geometría determinada, la embutición de una chapa puede ser realizada mediante punzones de fondo plano o de fondo semiesférico. Estamos hablando, lógicamente, de aquellos procesos en los que el producto final se consigue después de llevar a cabo una serie de fases de embutido, en las cuales se obtienen otras tantas piezas de geometría provisional. El uso de punzones de fondo plano significa, mayoritariamente, un adelgazamiento del espesor de la pieza en torno a su radio de arista. Esto sucede por el esfuerzo de tracción que se produce sobre la chapa embutida, el cual se halla localizado fundamentalmente sobre el radio del punzón. La disminución del espesor de material es mayor conforme los valores de los radios son más pequeños, pudiendo llegar, incluso, a la rotura de la chapa en caso que se sobrepasa su límite de embutidura. No obstante, en la base de la pieza embutida no se produce prácticamente ninguna variación de espesor, lo cual es conveniente conocer para su aplicación en determinados sectores productivos. Por otra parte, el uso de punzones de fondo semiesférico origina mayores estiramientos, porque la tracción generada por el punzón sobre la chapa se realiza, principalmente, sobre la superficie libre del casquete esférico. De ese modo, las piezas suelen experimentar mayores variaciones de espesor, aunque no tan localizadas. En las piezas cuyo formato no es embutido en su totalidad, manteniéndose una pestaña o ala sin conformar, sucede que el material se repliega durante la fase de formación de arrugas y no llega a fluir entre los elementos activos de la herramienta. Este hecho no sería trascendente si no fuera porque, en algunos casos, dicho repliegue suele provocar un ligero aumento del espesor inicial de la chapa. En estas circunstancias no es extraño, pues, que, al realizar una medición sobre la pestaña sin conformar, su valor sea mayor al valor inicial del formato. www.tecnofisis.com

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pieza A

pieza B

pieza C

Puntos críticos relacionados con la variación de espesor que se produce en las piezas embutidas. En las piezas de fondo plano (piezas A y B) existe una zona en donde no se produce variación alguna en el espesor de la chapa, porque se halla libre de tensiones. Esta zona abarca un diámetro equivalente a las 2/3 partes de la base de la pieza embutida. * (Los porcentajes acotados en las figuras son valores medios experimentales que pueden variar en función de la naturaleza de material, de su composición, de su índice de acritud, de la geometría de las herramientas y de otros factores relacionados con el proceso de fabricación, como, por ejemplo, la forma de lubricación de la chapa).

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Matricería

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INDICE

1 1.1

Matricería Introducción a la matricería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 – Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 – Comparación de métodos. Ventajas y desventajas de la matricería . . . . . . 12 – Antecedentes y situación actual de la industria matricera . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2

Procedimientos de transformación de la chapa . . . . . . . . 17 – Definición de conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.3

Medios de transformación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 – ¿Qué es una prensa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 – Clasificación, nomenclatura, funcionamiento y despiece de matrices . . . . . . . 27 – Prensas. Clasificación, nomenclatura y despiece . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 – Normas generales de seguridad e higiene a observar 74 en los trabajos de matricería. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 – Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 www.tecnofisis.com

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2 Fundamentos de corte 2.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.2 Definición y descripción del proceso de corte . . . . . . . . . 81 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 – Descripción de un proceso de corte con pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . 81 – Fenómenos que se manifiestan durante el corte de la chapa . . . . . . . . . . . . . 83 – Efectos producidos en la pieza por el corte de la chapa. . . . . . . . . . . . . . . . . 83 – Fuerzas desarrolladas durante el corte de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 – Franquicia de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 – Defectos producidos en la pieza por el corte de la chapa. . . . . . . . . . . . . . . . 97 – Disposición de piezas sobre la chapa. Optimización (Nesting) . . . . . . . . . . . . 99 – Estudio económico de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.3

Otros procedimientos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 – – – – – – – –

2.4

Cizallado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Punzonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Muescado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Recortado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Recalcado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Corte interrumpido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Corte fino o corte de precisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Corte y punzonado de tubos y varillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Prensas utilizadas en los procesos de corte . . . . . . . . . . 142 – Particularidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 – Seguridad en las prensas y herramientas utilizadas en los procesos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 – Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

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413

3 Características constructivas de las matrices de corte 3.1

Componentes de matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 – Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 – Particularidades técnicas y constructivas de las matrices de corte . . . . . . . . . 148 – Materiales de construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 – Tratamientos térmicos, tratamientos termoquímicos y recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

3.2

Normalizados para Matricería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 – Elementos de soporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 – Elementos de guía y deslizamiento y elementos de rodadura . . . . . . . . . . . . . 219 – Elementos de fijación y elementos de posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 – Elementos activos o de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 – Elementos elásticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 – Elementos de sujeción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 – Elementos de transporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 – Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

4 Procedimientos de conformado de la chapa 4.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

4.2 Clasificación de los procedimientos de conformado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 www.tecnofisis.com

414


5 Doblado 5.1

Definición, clasificación y descripción de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 – Clasificación de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 – Descripción de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 – Fenómenos producidos en las piezas por el doblado de la chapa . . . . . . . . . 279 – Radios de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 – Determinación de la fibra neutra y cálculo del desarrollo de una pieza . . . . . . 282 – Recuperación elástica de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 – Fuerza de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 – Fuerza de pisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 – Holgura entre punzón y matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 – Causas y defectos producidos en las piezas por el doblado de la chapa . . . . 300

5.2

Utillajes de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 – Clasificación, nomenclatura, funcionamiento y despiece de las matrices de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 – Particularidades técnicas y constructivas de los utillajes de doblado . . . . . . . 336 – Elementos normalizados utilizados en los utillajes de doblado . . . . . . . . . . . . 350

5.3

Prensas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . 355 – Particularidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 – Seguridad en las prensas y herramientas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

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5.4

415

Doblado en prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 – Características principales de las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 – Herramientas y utillajes accesorios empleados en las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 – Métodos de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 – Seguridad en las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

5.5

Otras máquinas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

– – – – – – –

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Máquinas conformadoras de esquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Máquinas curvadoras o cilindros de curvado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Máquinas de engrapar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 Trenes de perfilado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Seguridad en las máquinas utilizadas en los procesos de doblado. . . . . . . . . 388 Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

6 Embutición 6.1

Definición y descripción del proceso de embutición. . . . . 394 – – – – – – – – – – –

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Descripción de los procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Embutición sin pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Embutición con pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Fenómenos producidos en la pieza por la embutición de la chapa . . . . . . . . . 404 Radios de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 Fuerza de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 Fuerza de pisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 Holgura entre punzón y matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 Lubricación empleada en los procesos de conformado de la chapa. . . . . . . . 417 Causas y defectos producidos en las piezas embutidas . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 www.tecnofisis.com

416


6.2 Determinación de la fibra neutra y cálculo del desarrollo de una pieza . . . . . . . . . . . . . . . . 434 – Desarrollo del formato de una pieza mediante determinación matemática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 – Desarrollo del formato de una pieza mediante determinación gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 – Cálculo de embuticiones sucesivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

6.3

Estudio, diseño y simulación computerizada de procesos (CAE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 – Métodos de simulación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 – Comparación de métodos y conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474

6.4

Procedimientos de embutición y medios de transformación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 – Clasificación, nomenclatura y funcionamiento de las matrices de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 – Prensas utilizadas en los procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504 – Seguridad en las máquinas y herramientas utilizadas en los procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512

6.5

Particularidades técnicas y constructivas de las matrices y troqueles de embutición . . . . . . . . . . . . 516 – Componentes de las matrices y troqueles de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . 516 – Elementos normalizados utilizados en los utillajes de embutición . . . . . . . . . . 535

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417

6.6 - Otros procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 – Abocardado o embutición de pestañas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 – Bordonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556 – Abombado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 – Hidroconformado o hydroforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 – Reducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568 – Engrapado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 – Extrusión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570 – Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574

7 Materiales de construcción de los útiles de conformado y su tratamiento 7.1

Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580

7.2

Materiales de construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 – Aceros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 – Metal duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589 – Elastómeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591

7.3

Tratamientos térmicos, tratamientos termoquímicos y recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 – Tratamientos térmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594 – Tratamientos termoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595 – Recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596 – Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603

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8 Repulsado 8.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604

8.2

Definición y descripción del proceso de repulsado . . . . . 605 – Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 – Descripción de un proceso de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606 – Efectos producidos en la pieza por el repulsado de la chapa . . . . . . . . . . . . . 608

8.3

Medios de transformación en los procesos de repulsado. . . 609 – Máquinas y herramientas utilizadas en los procesos de repulsado . . . . . . . . . 609 – Accesorios utilizados en los procesos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610

8.4

Procedimientos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 – Laminaciones cónicas rectas, cóncavas y convexas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613 – Fluotorneado o laminado cilíndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617 – Entallado o reducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624 – Lubricación de los procesos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626 – Operaciones y trabajos de repulsado en caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626

8.5

Características constructivas de las herramientas de repulsado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630 – Particularidades técnicas y constructivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630 – Materiales de construcción, tratamientos térmicos y tratamientos termoquímicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632 – Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633

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