PRINCIPIOS DE EMBUTICIÓN DE LA CHAPA METÁLICA
INDICE
PG
INTRODUCCION CAPITULO I MATERIALES EMPLEADOS EN TRABAJOS DE EMBUTICIÓN
1.- Condiciones y características de los metales y aleaciones 2.- Materiales empleados 3.- Influencia Influenciass de los materi materiales ales de embutir embutir sobre sobre el resultad resultadoo de la operación 4.- Lu Lubricación durante el embutido
1 1 2 6
CAPÍTULO II. PRINCIPIOS DE LA EMBUTICIÓN EN PIEZAS CILÍNDRICAS
1.- Generalidades 2.- Transformación de la chapa 3.- Ho Holgura entre el punzón y matriz 4.- Radio del centro redondeado de la matriz 5.- Redondeado del punzón 6.- Velocidad de embutición 7.- Presión de pisador 8.- Esfuerzo de embutido 9.- Herramientas de embutido 10.- Prevención en trabajos de embutición
8 9 10 11 12 13 13 15 20 27
CAPÍTULO III DESARROLLO DE DIVERSOS PRODUCTOS EMBUTIDOS
1.2.3.4.-
Ti Tipos de control de la producción Determinación del tamaño del recorte Determinación de las etapas Ejemplos aplicativos
BIBLIOGRAFÍA
30 33 37 42
INTRODUCCIÓN El término embutido en la industria metal mecánica., se define como una operación mediante el cual se somete a deformación una chapa plana a una nueva forma, un cuerpo hueco. Entonces la operación de embutir consiste en transformar una chapa plana de un metal laminado, en un cuerpo hueco, procediéndose a realizar esta operación en una o mas pasadas en las respectivas matrices. Por lo tanto, esta tecnología nos permitirá fabricar piezas de material en chapas; por ejemplo, piezas de automóviles (carrocerías, guardabarros, tapacubos, etc.), aviones, vagones, aparatos químicos y eléctricos y muchos artículos de amplio consumo doméstico. En comparación con otros procesos de conformado, nos permite reducir e! consumo de material, ya que este no forma virutas, disminuyendo la cantidad de trabajo y elevando la productividad. Debido al procesamiento, se puede asegurar el endurecimiento del metal que se trabaja, haciendo, así mismo que las piezas producidas sean ligeras y resistentes al desgaste. De esta manera se sustituye a las piezas fundidas, por piezas matrizadas, que no requiere de un mecanizado posterior. Entonces, la matricería es la rama de la metal mecánica que estudia la fabricación de utillajes (moldes, estampas, etc.) adecuados para la obtención de piezas en serie, que se han de conformar en todas sus partes» de una ves, por medio de un golpe de prensa sobre una chapa. El ajustador matricero interviene en la fabricación de una gran variedad de útiles, troqueles., moldes y estampas para la realización r ealización de un gran número de operaciones. Así tenemos: Cortado y enderezado de chapas; corte y punzonado de chapa; curvado y doblado de chapa; curvado de tubos y de piezas huecas; enrollado de chapa, bordoneado, rebarbado, y cercado de chapa, perfilado de chapa, engrapado o engatillado; embutido, abombado y reducido de chapa; acuñado, operaciones combinadas; combinadas; extrusión trefilado, repulsado; fabricación de tubos, forjado mecánico con estampa; moldes metálicos empleados en fundición de piezas y moldes para plásticos. De todos estos trabajos, como se verá, el de embutido es uno de ellos al cual nos dedicaremos. A través través de esta esta ope operac ración ión se dará dará a conoc conocer er la gran gran import importanc ancia ia que tiene la técnic técnicaa de conformación .En cuanto a sus ventajas se tiene las siguientes:
a) Propiedades de resistencia mecánica. La conformación permite obtener una estructura de grano fino y las líneas de flujo o fibras del material se adaptan a la forma de la pieza. Estas circunstancias son las que han producido una mejora en las propiedades de resistencia mecánica.
Fig. 1 líneas de flujo (figuradas): a) Pieza forjada (las líneas de flujo se adaptan a la estampa, b) Pieza maquinada con arranque de viruta (las líneas de flujo están interrumpidas).
b) Exactitud de forma y calidad superficial Por ejemplo la embutición, la laminación en frío, permiten conseguir tolerancias más estrictas y obtener una elevada calidad superficial, de tal modo que se pueden fabricar piezas listas para su montaje.
c) Costes de material. En las producciones fundidas y en los trabajos mecanizados (torneado, fresado, etc.), los costes de materia] aumentan con la cantidad de material que se arranca; mientras en la conformación por estampado o matrizado, la configuración configuración de la pieza es por transposición de las partículas partículas del material, solamente es preciso emplear la cantidad de material necesaria para la pieza. Por ello cuando se fabrica una pieza por estampado queda lista para su montaje, consiguiéndose unos costes de material mínimos.
d) Cadencia de fabricación. En algunas fabricaciones por estampado sólo se elimina pequeñas cantidades cantidades de material; pero en otras nada, lo cual permite indicar que el tiempo de trabajo es mínimo en la fabricación de una pieza Así mismo, determinadas fabricaciones permiten producirse en grandes series, siendo sus cadencias de fabricación muy rápidas. La única desventaja en matricería, es el enorme costo que supone la fabricación del utillaje que debe ser proyectado por especialistas, y ser concebido exclusivamente para cada tipo de pieza. Por esta razón es muy importante la producción en serie, ya que así los gastos del útil (estampa) hay que repartirlos entre el número de piezas fabricadas. Para lograr esta experiencia en matricería es necesario estar continuamente en conocimiento de los resultados de las pruebas desarrolladas en el taller, por que de lo contrario se actuaría equivocadamente equivocadamente y ello se evidenciaría en el resultado de los proyectos que no corresponderían a la real realid idad ad.. Esta Esta verd verdad ad se debe debe al hech hechoo de que que los los elem elemen ento tos, s, por por natu natura rale leza za,, pued pueden en presentarse según un número infinito de formas constructivas; desde la más sencilla a la más compl complica icada da y de lamas lamas peq pequeñ ueñaa a la más grande. grande. Debido Debido a la varied variedad ad de estos estos factor factores es se asocian los diversos casos de aplicación y usos.
CAPÍTULO I
MATERIALES EMPLEADOS EN TRABAJOS DE EMBUTICIÓN 1. - CONDICIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS METALES Y ALEACIONES. Las condiciones que deben reunir las chapas de los metales y aleaciones para obtener los mejores resultados en el matrizado de piezas son las siguientes: El espesor de la pieza debe ser lo más uniforme posible; La superficie debe ser lo más perfecto, sin marcas, golpes o defectos; Las características mecánicas del material deben ser también uniformes; El meta metall o alea aleaci ción ón debe debe ser ser male maleab able le,, en espe especi cial al cuan cuando do se trat trataa de some somete terl rloo a deformaciones profundas. 2. MATE MATERI RIAL ALES ES EMPL EMPLEA EADO DOS, S, El material se presenta en planchas o bien en flejes es decir, bandas metálicas cuyas distintas anchuras no suelen sobrepasar los 500mm.; se presentan generalmente en forma de rollos. r ollos.
2.1 2.1 Chap Chapaa de ace acero ro.. El tipo de acero más empleado cuando la deformación es muy profunda, es de una composición especial. Así pueden tener adiciones de aluminio, titanio o vanadio que son desoxidantes, evitando el envejecimiento de los aceros. En otros casos los aceros están a base de cromo o cromo-níquel que tienen propiedades plásticas satisfactorias. Además se debe conocer las características mecánicas siguientes: 2 Resistencia a la rotura (K, kg/mm ) 2 Limite elástico (E, kgf/mm ) Alargamiento (A, en %) Dureza superficial (Brinell, Rockweil, etc) Profundidad de embutición (Ericksen, Guilieri, en mm) Las características de un chapa de acero para la embutición profunda son: R =- 30 a 38 kgt/mm 2; A= 25 a 32%, aparte de deben poseer cualidades de homogeneidad, maleabilizado, finura de grano y superficie pulida. Las chapas de acero laminado en frío, se producen de color claro y sin costra de óxido. Este acero, después de laminado en caliente, recocido y decapado, se lamina en frío hasta un espesor determinado con el recocido intermedio o definitivo en un medio protector. A Según el grado de acabado, las chapas finas de acero de calidad se dividen en 4 grupos: En las chapas del grupo I, tienen un acabado especialmente elevado en la superficie por lo que no se admiten defectos superficiales en la cara. En las chapas del grupo II, (acabado de alta calidad de la superficie) se admiten ligeros rasguños y rizos hasta la mitad de la tolerancia establecida por el espesor de la plancha. Las chapas de estos dos grupos son laminadas en frío. Las chapas del grupo III, (acabado elevado de la superficie) son laminadas en frío y en caliente. En la cara de la chapa se admiten rasguños, trazos, rizos, huellas de los cilindros acabadores hasta la mitad de la tolerancia del espesor de la chapa. Las chapas del grupo IV, (acabado normal de la superficie) son laminadas en caliente. En ambos lados de la chapa se admiten pequeños poros, cavidades, ligeros rasguños y trazos así como rizos hasta la tolerancia establecida por el espesor de la plancha.
B Según Según la precis precisión ión del del espesor espesor de la planc plancha, ha, el acero acero se divide divide en tres tres grupos grupos : A, B, C (A == Precisión alta, B = Precisión elevada, C == Precisión normal) C Según Según la capac capacidad idad de ser ser embutidas embutidas en frío, frío, existe existen n tres grupos grupos de chapas chapas :
MP = Para embutición muy profunda, P = Para embutición profunda y N = Para embutición normal.
D La cinta de acero pobre en carbono laminada en frío se divide, según la dureza en : MS = Muy suave, S = Suave, SS = Semisuave, DR = De dureza reducida y D = Dura. 2.2 Chapas de Aluminio y sus aleaciones . Son excelentes para estampar en frío, y para obtener buenos resultados debe lubricarse abundantemente la chapa-Como es un material blando, debe manipularse con cuidado para no deformar el fleje y la pieza terminada. Las principales aleaciones que se utilizan en la práctica se pueden clasificar en: A Aleaciones sin tratamiento térmico, por ejemplo Aleaciones al manganeso: Al, Mn; Aleaciones al magnesio: Al, Mg. B Aleaciones con tratamiento térmico, por ejemplo: Aleaciones sin cobre: (Al, Mg, Si, Mn). Aleaciones con cobre:(Al,Cu,Mg,Si)(duralummio) C Aleaciones de ní quel: Metal monel (Ni, Cu, Mg). Metal Inconel (Ni, Cr, Fe, Mn) D La alpaca (Cu, NÍ, Zn) 2.3 Chapas de Latón: Como la chapa de latón adquiere acritud al deformarse, se debe recocer cuando se realiza en varias fases, La operación de recocido se realiza de 500° a 575° C durante treinta a sesenta minutos. Para eliminar el óxido superficial se decapar después de haberse enfriado) con una solución al 10 % de ácido sulfúrico en caliente.
Se clasifican; Según el contenido en cobre: (Cu: 63-67-72 y 85%) Según su calidad: blando semiduro y duro. Las chapas de cobre tiene como características:
3
Metal dulce : R == 22 a 25 Kg/mm 2; A = 31 a42 % Metal agrio : R-45 Kg/mm 2; A-1 a2%
INFLUENCIA DE LOS MATERIALES DE EMBUTIR SOBRE EL RESULTADO DE LA OPERACIÓN.
La chapa de cualquier metal, para responder a las características del embutido debe ser dulce y recocida. Un material poco dúctil no se presta para embutir; al emplearse, daría pésimos resultados y se obtendría piezas agrietadas y sin resistencia. Si se desea conseguir que la chapa que se emplee en el estampado en frío, ofrezca la máxima garantía de buen resultado, debe cumplir los requisitos fundamentales de fabricación que se Índica a continuación:
A Las superficies deben presentarse pulidas, exentas de arrugas, marcas, surcos, etc. B El espesor debe ser constante en toda la extensión de la misma; C El material que compone la chapa debe ser homogéneo, sin impurezas ni escorias incrustadas; D El material debido alas fuertes tensiones que experimenta en el embutido, debe ser maleable y resistente, a fin de evitar rápidos endurecimientos con los subsiguientes recocidos; E La calidad de la chapa debe elegirse en relación a la profundidad de! embutido. A continuación se da a conocer en examen los principales materiales que se emplean en elaboraciones plásticas, en cuanto a su resistencia a la rotura y a la cortadura, (ver tabla I) Tabla I: Resistencia a la rotura y a la cortadura de los materiales laminados más corrientes Material Acero 0,1% de C Acero 0,2% de C Acero0,4% de C Acero0,6% de C Acero 0,8% de C Acero 1,0% de C Acero Inoxidable Acero al Silicio
Aluminio Duraluminio Siluminio Alpaca Bronce Zinc Cobre Estaño Latón Oro Plata Plomo
Resistencia a la rotura Kg./mm2 Recocido 31 40 44 56 70 90 100 65 56 7,5 -9 16 – 20 12 – 15 35 – 45 40 – 50 15 22 – 27 4–5 28 – 37 --------29 2,5 – 4
Crudo 40 50 60 70 90 110 130 75 70 16 – 18 38 – 45 25 56 – 80 50 – 75 25 31 – 37 --------44 – 50 --------29 ---------
Resistencia a la cortadura Kg./mm2 Recocido 25 32 35 45 56 72 80 52 45 6–7 13 – 16 12 28 – 36 32 – 40 12 18 – 22 3–4 22 – 30 18 23,5 2-3
Crudo 32 40 48 56 72 90 105 60 56 13 – 15 30 – 36 20 45 – 46 40 – 60 20 25 – 30 -------35 – 40 30 23,5 --------
Todo cuanto sucede en una embutición origina la deformación de las fibras del material de la chapa esto se explica por lo siguiente: Mientras que empleando un determinado material de chapa se puede realizar un determinado ciclo operativo, con el empleo de otro material inferior y menos dúctil que el primero no se puede realizar, aun operando con las mismas estampas, ni siquiera la primera fase de dicho ciclo. Es evidente que la calidad y el tipo de material tienen una gran influencia sobre el número de transformaciones para obtener de una pieza plana un objeto hueco. Queda demostrada la necesidad de realizar las oportunas pruebas sobre muestras de chapa del material en examen, a través de diversos métodos, así tenemos:
1
El método Ericksen (Fig.- 2): Del material a ensayar se corta un disco, que se fija entre dos grapas circulares y dejan libre la parte central del material de prueba. Una vez efectuado esto, se hace avanzar por medio de un husillo un punzón de acero de 20mm de diámetro. La presión de este punzón sobre la muestra de ensayo origina una embutición de forma esférica; dicha presión se ejerce hasta el instante en que el material presente la primera grieta o fisura. Una vez conseguido esto, se mide la profundidad de la embutición y se registra la carga correspondiente.
Fig.2-Ensayo de embutición Ericksen (norma ISO –RI 49)'. l-Espesor de !a probeta. 2-Ancho o diámetro de la probeta, 3-Diámetro del agujero de la matriz, 4-Diámetro del agujero sujetador, 5-Diámetro exterior de la matriz;6Diámetro exterior del sujetador, 7-radio de entrada de la matriz, 8-Radio sobre el borde exterior de la matriz, 9Radio del borde exterior del sujetador. 10-Parte cilíndrica de la matriz, 11-Espesor de la matriz; 12-Espesor del sujetador, 13-Diámetro d de la cabeza esférica del punzón; 14-Profundidad de embutición .
Profundidades medias de embutido, obtenidas por el método Ericksen, en diferentes chapas de 1 a 2mm de espesor, se muestra en la tabla II.
Tabla II Profundidades medias de embutido Material Aluminio de 99,5% recocido Cobre recocido Chapa de acero de embutido profu ndo Chapa de acero para embutir Chapa de acero inoxidable Latón de embutir Cinc recocido
Profundidad del embutido en mm para: S = 1 mm S = 2 mm 10,4 11,8 11 10 15 13,5 8,1
12,4 13 12,6 12,1 ------14,5 8,6
El método Pomp (Fig- 3): Este método difiere del anterior por el perfil dado a la pieza sometida a ensayo. Para ello se corta un disco con un agujero central, de diámetro conveniente, y se sujeta en la máquina útil del mismo modo que el caso anterior. Ahora bien el punzón en vez de ser esférico es cilíndrico, con sus bordes redondeados y un pivote central. Cuando el punzón ataca la pieza, esta se embute convenientemente, aumentando el diámetro del agujero del disco de prueba. Como datos se toman el aumento porcentual del agujero y la carga total aplicada. 2
Es necesario tener en cuenta, que los bordes del agujero deben ser muy lisos y sin rebabas, de lo contrarío estas formaran grietas profundas en los bordes al efectuar la embutición.
Disco embutido con el método Pomp
Fig. 3 Prueba de Sievel y Pomp
Durante las operaciones de embutición, e! material sufre un endurecimiento perdiendo la propiedad de ser blando. Para esto es necesario hacerle recuperar su característica inicial mediante un recocido, que para un acero consiste en calentarlo hasta la temperatura de 650 a 700°C y enfriarlo al aire. Con este tratamiento loa granos tienden a unirse y aumentar de forma, presentando una estructura de granos gruesos, a pesar de ser un material dúctil y resistente, es necesario normalizar este acero, operación que consiste en recocer la pieza a una temperatura algo superior a la de temple (punto crítico). En este punto el grano resulta muy fino; luego se procede al enfriamiento rápido hasta los 700°C y finalmente a un enfriamiento más lento. La pieza, después de recocida, queda recubierta de una película de óxido que debe eliminarse antes de proceder antes de una operación de embutido. El pulido puede hacerse mecánicamente o químicamente.
El pulido mecánico se realiza a mano con un simple cepillado o en la pulidora. El pulido químico se conoce como decapado; que consiste en sumergir las piezas en un baño ácido por un tiempo mínimo suficiente; las piezas después del baño se neutralizan en una solución caliente de sosa y luego se secan con aire caliente.
Para la chapa de acero el baño ácido está constituido por ácido clorhídrico y sulfúrico en la proporción de 1 a 3, su tiempo de inmersión es de 10 a 30 minutos. O bien en una solución de ácido sulfúrico en proporción de 1 a 5 a la temperatura de 50 a 60º C con un tiempo de inmersión de 5 a 10 minutos, lavarlo en agua o neutralizar en solución caliente de sosa de 1 a 2%. Las chapas de acero inoxidable se decapan en una solución de ácido clorhídrico en proporción de 1 a 2, más de 3 a 5% de ácido nítrico a la temperatura ambiente. Su tiempo de inmersión es de 10 a 20 minutos luego lavar con agua corriente. Para piezas de aluminio, después del tratamiento de recocido se sumergen durante pocos segundos en una solución de 10% de sosa cáustica a la temperatura de 50-70º C y se lavan en agua corriente; luego se sumergen en una solución de ácido nítrico en la proporción de 1 a 5 y se enjuagan nuevamente en agua. Para las chapas de latón el agente desoxidante empleado en caliente 60-8O° C es 10 partes de agua y una parte de ácido sulfúrico. Y si se realiza en frío es 7 partes de agua y una parte de ácido sulfúrico.
3
Tabla III Datos para el recocido de la chapa de embutir
Material Acero de embutir C-0,15% Recocido Normalizado
Temperatura de Tiempo de recocido ºC recocido min.
Recocido Normalizado
Acero al Níquel 0.4%C+3-4%Ni Recocido Normalizado Acero inoxidable 8% Ni - 18% Cr
Aluminio
Duraluminio
650-700 900-930
4-6 6-8
680-720 820-850
4-6 6-8
650-680 780-800 750-800
4-6 6-12 6-8
330-380 450-500
120-180 30-60
Observaciones
Enfriar al aire Enfriar rápido hasta 700°C y normal al aire. También enfriar sólo en el aire Acero 0,3% de C Enfriar al aire Enfriar rápido hasta 700 ºC y normal al aire. También enfriar sólo en el aire
Enfriar al aire o en agua Enfriar al aire Enfriar en agua Enfriar al aire Calentar en baño de sales y enfriar al aire
350-400 370-420
100-200 30-60
Cobre
600-650
30-60
Enfriar al aire Calentar en baño de sales y enfriar al aire Enfilar en agua
Bronce
550-600
30-60
Enfriar en agua
Latón
550-580
30-60
Enfriar en agua
4 LUBRICACIÓN DURANTE EL EMBUTIDO: Para Transformar una chapa plana en un cuerpo hueco mediante el embutido, se ha de proceder con una fuerza axial que castiga, entre ciertos límites las fibras del material. El punzón y la matriz, los cuales cumplen una función de moldear, tienen que vencer el efecto producido por las fuerzas laterales; estas fuerzas originan un frotamiento entre las paredes. El material de la chapa, que tiende a escaparse y dominar desordenadamente, es obligado a extenderse uniformemente en el espacio definido entre el punzón y la matriz. Es así que se modifica la disposición interna de las fibras de la chapa y se le hace seguir otra nueva. Para hacer más fácil esta labor y evitar la ruptura de las fibras del material, es necesario que durante el embutido se lubriquen las superficies de frotamiento de la estampa con la chapa, prolongando la duración de la misma estampa. Según los diversos materiales con que se trabaje, el lubricante puede ser de varias clases (ver Tabla IV). 4
Tabla IV Siglas de lubricantes usados para estampado enfrío Sustancia
Siglas de referencia (*)
Pasta de grasa y jabón, no pigmentada, hidrosoluble Pasta de grasa, jabón y polvo lubricante, hidrosoluble
421
Aceite de base clorada, poco viscoso, transparente
DC-2
Aceite de base clorada, viscoso, soluble en aceite
DO-2A
Aceite de base clorada, baja viscosidad amarillo transparente de olor agradable
CC-2
Mezcla de aceite DO-2A y otros emulsionantes, soluble en aceite
DO-29
Aceite graso, no soluble en agua, pero si en aceite Aceite graso sulfurado, soluble en aceite
DO-5A
Aceite graso sulfurado, soluble en aceite lubricante Pasta jabonosa, soluble en agua Polvo granular jabonoso de "film seco" soluble en agua Jabón líquido, soluble en agua
448
CB-66 DO-6A DC-5 DC-K DO-17
(*) Siglas de la "Magnus Chemical Company" Como complemento, de las pruebas prácticas de embutir puede escogerse el lubricante más adecuado, experimentando los diferentes tipos en las mismas estampas y con la misma chapa. El lubricante que produzca el mínimo aumento de superficie, o sea, el mínimo estiramiento, es el que mejor responderá a las exigencias del trabajo. Para el buen funcionamiento de las estampas o matrices, es de ley, y por cuantas veces sea necesario, eliminar las incrustaciones producidas por las partículas de metal incorporadas por el lubricante.
5
CAPITULO II PRINCIPIOS DE LA EMBUTICIÓN EN PIEZAS CILÍNDRICAS
1. GENERALIDADES Se ha indicado que embutición es la operación mediante la cual se transforma un trozo de chapa plana en un cuerpo hueco. Durante esta transformación, para el caso de una pieza cilíndrica, (ver Fig. 4) el diámetro "D" del disco inicial se reduce al diámetro "d" del cilindro. Para obtener esto sería suficiente ligar las partes a, b, c, pudiéndose decirse que los pequeños triángulos a' b',c' resultan superfinos. Durante la deformación, el material existente en estos triángulos, se comprime y ocasiona la formación de pliegues; para evitar esto, se utiliza una placa llamada pisador. Si la relación entre los diámetros entre "D" y "d" es próximo a 1; por ejemplo; d/D = 0,95, el material en exceso es pequeño y la deformación de la chapa puede hacerse sin pisador. (Ver Fig. 4 y 5). En muchas producciones, la gran diferencia entre los diámetros "D" y "d", la embutición de una chapa requiere de operaciones sucesivas y el empleo de un pisador. En la Fig. 5 nos muestra una matriz provista de pisador; esta embutición se efectúa de la siguiente manera;
La chapa recortada a dimensiones adecuadas (disco o desarrollo) se coloca sobre la matriz (a). El pisador y el punzón descienden; el pisador primero oprime a la chapa contra la matriz (b). El punzón entra en contacto con la chapa y la fuerza a introducirse en el agujero de la matriz, reduciendo su diámetro "D" a "d" (c). La chapa que se encuentra todavía entre la matriz y el pisador (Fig. 6) desliza sobre el borde redondeado (de radio r) de la matriz. El diámetro D 1 de esta corona circular disminuye a medida que el punzón desciende; hasta que la cubeta esté totalmente- formada, la corona desaparece (d). Una vez terminada la operación el punzón y el pisador ascienden, mientras que la pieza embutida cae sobre la mesa de la prensa.
6
2. TRANSFORMACIÓN DE LA CHAPA; Al realizar mediciones en una pieza embutida, demuestran que el volumen y densidad del material son los mismos que la chapa primitiva (sólo existe una recristalización del material debido a la transformación en frío, a causa de las fuerzas radiales y tangenciales de tracción y compresión como se muestra en la Fig. 7. Pero el espesor de la chapa sufre variaciones sensibles, según la zona de la pieza embutida por consiguiente, la superficie de ésta no tiene la misma magnitud que la chapa primaria; es así que al medir piezas embutidas, demuestran que el espesor del fondo permanece invariable. Desde las cercanías del fondo hasta cierta altura, el espesor de la pared disminuye, mientras que la parte superior llega a superar al espesor primitivo de la chapa, El coeficiente de adelgazamiento de la chapa (alfa) durante la embutición es la relación de “e m (media aritmética de los espesores de la pieza embutida) y "e".
7
∝ =
em e
Fig.7 Fuerzas de fracción (radial) y de compresión (tangencial) Cuando se desciende con cierta velocidad "V" el punzón toca la chapa (ver Fig. 8), la parte "a" de la misma está sometida a un esfuerzo de tracción que es debido a la inercia de la chapa y al rozamiento de esta con el pisador y la matriz; explicándose de esta manera el adelgazamiento alrededor del fondo.
Fig. 8 Desplazamiento de la chapa en la matriz
Cuando la chapa empieza a deslizarse bajo el pisador, tienden a formarse pliegues; derivándose unas fuerzas de aplastamiento que ponen al metal en estado de fluencia (estado plástico).Los cristales metálicos empiezan a desplazarse en el sentido radial de la chapa, tanto en el espacio u holgura existente entre el punzón y la matriz como hacia la periferia de la chapa. Cuando el espacio entre el punzón y la matriz sea igual al espesor de la chapa, se produce un almacenamiento de energía potencial de los cristales metálicos que se manifiestan después de la embutición, con un aumento del espesor de la pared.
3. HOLGURA ENTRE EL PUNZÓN Y LA MATRIZ Se debe tener cuidado en que exista una separación (holgura Fig.9) entre el punzón y la matriz, ya que la experiencia demuestra que un aumento de dicha separación influye en forma favorable sobre el esfuerzo del punzón, pero por otro lado produce los siguientes inconvenientes: El aumento sensible de la holgura provoca deformación en las paredes, sobre todo cuando es un material dulce como el latón.
8
a) Deformación a causa de una holgura demasiado grande
b) Definición de holgura
Una holgura grande, produce desviación del punzón provocando ondulaciones o "lengüetas en la pieza embutida". “También pueden producirse pliegues en las paredes de la pieza.
Así mismo, si el juego u holgura es menor que el espesor de la chapa provoca un adelgazamiento indeseable de la pared; siendo necesario entonces que la holgura debe estar bien determinada. A continuación se da unas fórmulas empíricas que nos determina la holgura :
W = e + 0,07 (10e)1/2 Para el acero W = e + 0,02 (10e)1/2 Para el aluminio W = e + 0,04 (10e)1/2 Para los demás metales no férricos Siendo "e" el espesor de la chapa en mm y "W" la holgura. Para matrices de reestirado, la holgura es: W
=
d 1
−
d 2
2
Siendo d1 y d2 los diámetros sucesivos de las piezas.
4. RADIO DEL CANTO REDONDEADO DE LA MATRIZ Para realizar un buen embutido es de vital importancia tener cuidado del radio de embutición o radio del canto redondeado de la matriz, para esto se ha comparado dos casos extremos para dejar notar la influencia de este radio.
Haciendo r = 0 (r = radio de embutición) se verá que la matriz se convierte en matriz de corte, pues la chapa simplemente será taladrada (perforada) por el punzón sin sufrir deformación alguna. (ver Fig. 10 ) Haciendo el radio máximo, es decir: r
=
D
−
d
2
La chapa no será retenida por el pisador y la embutición estará formada por pliegues en sus paredes (ver figura 11). 9
Por lo visto, es necesario que el valor del radio, debe encontrarse entre estos dos límites:
0
<
r <
D
−
d
2
Este problema no está resuelto teóricamente porque en este caso interviene la plasticidad del material y no la elasticidad por lo que se ha propuesto varias soluciones de base experimental. Así, la propuesta por KACZMAREK es: r = 0,8((D-d) e) 1/2
Donde D = es el diámetro del disco inicial en mm. d == es el diámetro de la pieza embutida en mm. e = es el espesor de la chapa en mm. Esta expresión es válida sólo para el acero. El aluminio y sus aleaciones toman un radio un poco mayor (10%): r =0,9((D-d) e)1/2
5. REDONDEADO DEL PUNZÓN Como se verá en un embutido se produce un simple plegado de la chapa alrededor del punzón, fuera de la zona de transformación del metal. La parte de chapa que se encuentra en contacto con la superficie inferior del mismo sufre la acción de las fuerzas de rozamiento que impiden que el metal se mueva. El esfuerzo de punzón se transmite a las paredes de la pieza que se embute. Para evitar el riesgo que el punzón taladre la chapa, en ningún caso, el radio de la cabeza del punzón debe ser inferior al de la matriz. Se hace generalmente, de tres a cinco veces mayor que este. SÍ se requiere de ángulos vivos en el fondo de una pieza embutida se logran después de varias operaciones.(ver Fig. 12). 10
6. VELOCIDAD DE EMBUTICIÓN; Es aquella que posee el punzón en el momento en que ataca la chapa. Experiencias desarrolladas en piezas cilíndricas dejan notar que velocidades de punzón pequeñas, medianas y grandes no son importantes. No obstante, según Brooklyn existe una velocidad óptima para cada metal, que permitirá darle el tiempo necesario para pasar al estado plástico. En la embutición de “piezas cilíndricas” sus velocidades son las siguientes:
Zinc y acero inoxidable: Acero dulce: Aluminio: Latón:
200mm/s 280mm/s 500mm/s 750mm/s
Al embutir piezas de zinc es necesario calentarlas a 20°C. Para piezas no cilíndricas, es preferible pequeñas velocidades, evitándose el riesgo de adelgazamiento de la pared. Pero en este caso se puede determinar la velocidad con la fórmula siguiente:
Fórmula de RUHRMANN v
Donde:
=
33,3 (1 +
d ( D D
−
d ) 1 / 2 ) ( mm / s )
D = el diámetro en mm de la primera embutición. d = el diámetro en mm de la embutición siguiente.
7. PRESION DEL PISADOR El pisador tiene por objetivo evitar la formación de pliegues hacia el borde de la chapa primitiva mediante la acción de una correcta presión. Al ser esta presión muy grande, la chapa queda frenada en exceso y podría producirse la rotura 11
de la pieza embutida a la altura del radio de embutición de la matriz. Por otro lado, si esta presión es muy baja se formarían pliegues en la pared de la pieza. Si hay pliegues a un solo lado de la pieza, o sea que la presión del pisador no es regular, siendo menor en los sitios en los que aparecen los pliegues. Una solución para este defecto es calzar la matriz por este lado con trozos de chapas de algunas décimas de milímetro de espesor. Entonces se deduce que, a medida que desaparece la columna circular (Fig. 6), la presión unitaria del pisador aumenta en la proporción:
p1
Siendo:
=
p
( D
2
( ( D1 )
− 2
2
d ) −
2
d )
p = Presión D = Diámetro de la chapa d = Diámetro de embutición de la chapa
Para mantenerla constante se emplean medios neumáticos. Es por ello, que se propuso hacer la superficie de trabajo del pisador ligeramente cónica para mantener así la presión sobre la chapa a medida que su espesor aumenta (ver Fig. 13).
Pero se ha comprobado que este procedimiento no es práctico por las siguientes dos razones, la primera se traía de la dificultad de ejecución de un pisador y la segunda es la ineficacia del apriete sobre la periferia de la chapa, cuando su espesor es irregular. Los pasadores encastrados en el pisador establecen contacto con la matriz y evitan así el apriete al principio de la operación. El apriete empieza a producirse al aumentar el espesor de la chapa Además se puede usar pasadores encastrados en el pisador, que suprimen el apriete al principio de la operación, entonces; para la altura libre de los pasadores tenemos: t = Espesor máximo de la chapa + 0,02 ó + 0,04 mm.
12
Tabla V Presión media de pisado p Kg/mm2
Material Aluminio
0,12
Zinc
0,15
Duraluminio
0,16
Latón
0,20
Acero inoxidable
0,20
Acero
0,25
Chapa estañada
0,30
La influencia de la presión del pisador sobre el alargamiento de chapa y por lo tanto sobre la profundidad de embutición no es grande. La influencia que tiene sobre el esfuerzo del punzón es más sensible sin ser considerable. Por ejemplo, si la presión de pisado pasa de 0,l a 0,8 kg/mm 2 (800%) el aumento del esfuerzo del punzón es del 50%. Las cifras indicadas en la tabla V, muestran la presión unitaria necesaria para evitar la formación de pliegues. Si se sobrepasa esta presión resultaría perjudicial en vez de útil. En un taller de embutición es preferible tener una instalación neumática o hidráulica, pues la regulación de la presión del pisador es más fácil que con un dispositivo de muelles o caucho. La presencia del pisador es necesaria siempre que; D d
>
21 20
o que
e < 0,2 ( D
−
d )
8. ESFUERZO DE EMBUTIDO Para embutir piezas cilíndricas, el esfuerzo necesario depende de los diámetros de las piezas a embutir y del disco primitivo; así como el espesor y calidad de la chapa. Otros parámetros que inciden es la presión del pisador, la velocidad de embutición, del radio de embutición, de la holgura entre el punzón - matriz y de la lubricación; como se verá es difícil tomar estos parámetros, para el cálculo del esfuerzo de embutición, por lo que se tiene la siguiente, fórmula simplificada; E e
Phi. d . e. n . R
=
en Kg
d = diámetro del punzón en milímetros e = espesor de la chapa en milímetros n = coeficiente, que depende de la relación entre el diámetro del punzón y el diámetro del disco de partida d/D R== resistencia a la tracción de la chapa, en kgr/mm 2 Nota: Este esfuerzo de embutición, de esta fórmula se refiere a la primera operación de embutición; para operaciones de reestirado es un poco mayor:
Esfuerzo de reestirado == 5/4 Ee Tabla VI Coeficientes (n) (x) 13
Coeficiente n =d/D y x =coeficiente de irregularidad de la fuerza. d/D
n
x
0,55
1,00
0,8
0,575 0,6 0,625 0,65 0,675 0,7 0,725 0,75 0,775 0,8
0,93 0,86 0,79 0,72 0.66 0.6 0,55 0,5 0,45 0,4
0,77 0,74 0,7 0,67 0,64
Tabla VII Resistencia de tracción de la chapa R en-kg/mm 2 Material
R recocido
Plata Níquel Cobre Latón Bronce Aluminio Duraluminio Chapa de embutición Chapa de carrocería Acero inoxidable Zinc
45 40 - 45 21 - 25 32 40 - 50 7 - 11 22 - 27 22 - 31 30 - 35 60 - 70 16
El esfuerzo ejercido por el pisador es: Es = phi/4.(D2-dm2)p
R duro 70- 80 45 75- 90 18- 28 31- 35 35- 40 22
en Kg.
Los valores de "p" vienen dados en la tabla V; y "dm" es diámetro de la matriz .
El trabajo de embutición es: A==( Ee.x +Es).h
en Kg
siendo : h = la profundidad de la embutición en metros; x = el coeficiente de irregularidad de la fuerza E e Nota: El esfuerzo de embutición, solo es referente a la primera operación de embutición; de ahí que para operaciones de reestirado es de 5/4 E e.
8.1 Esfuerzos puestos en juego en la embutición Se considera: 14
a) El esfuerzo de embutición propiamente dicho. b) El esfuerzo del sujetador; es decir, la fuerza a aplicar para inmovilizar el recorte .
8.1.1 Esfuerzo de Embutición Este valor se expresa según tas fórmulas siguientes:
a) Embutición cilíndrica: Ee = phi.d.e. n. R b) Embutición rectangular: Ee= l,6(a+b+2r)R.e Fórmulas en las cuales: d = diámetro del punzón, en mm e = espesor de la chapa, en mm n = coeficiente de embutición, que depende de la relación d/D .Resistencia a la tracción, en kg/mm2 a-b =distancias entre los centros de los radios "r" de las esquinas (arcos) de la embutición rectangular.
8.1.2 Esfuerzo del Sujetador: También se puede calcular de esta manera:
a) Embutición cilíndrica Es =phi/4(D2-dm2)p b) Embutición rectángular Es =2(a + b)h +phi/4 (D2 - dm2)P Fórmulas en las cuales: D dm p a-b h
= Diámetro del disco, en mm = Diámetro de la matriz, en mm = Coeficiente que depende del material, (ver tabla 5) =Distancias entre los centros de los radios de las esquinas (arcos) de la embutición rectangular. = Altura de la embutición.
Como para los otros utillajes estos cálculos permiten escoger la prensa a utilizar. Si se trata de prensa de doble efecto, sólo debe considerarse el esfuerzo de embutición. Si se trata de prensa simple efecto con sujetador, habrá que sumar los dos esfuerzos para tener el que ha de vencer la máquina.
8.1.3 Trabajo de embutición: 15
El valor de este trabajo estará dado por las fórmulas indicadas más abajo, cuando la embutición se efectúa sobre prensa de simple efecto, con sujetador:
a) Embutición cilíndrica T =(Eex+Es)h
en Kg.
b) Embutición rectangular T = 0,7(Ee+Es)h
en Kg
H =La altura o profundidad en metros. X =Coeficiente variable con la reducción y dado por la tabla Nota: Si la embutición se efectúa sobre prensa de doble efecto, solo habrá que suprimir el término Es, en estas fórmulas.
8.2 Reducción del diámetro de la pieza embutida En la producción de piezas embutidas de gran profundidad, no se puede ejecutar una sola operación; mas bien debe precederse en varias operaciones por lo tanto usar matrices diferentes, hasta acercarse a la forma definitiva. Entonces es necesario saber determinar el número mínimo de operaciones y el mínimo uso de útiles. Debe tenerse presente que un aumento de profundidad de embutición, va ligado a la reducción de los diámetros de las piezas embutidas en cada operación, por lo que es necesario también determinar los sucesivos diámetros. La reducción de los diámetros, no debe excederse de ciertos límites, debido a que origina tensiones en la pared de la pieza embutida, Los diámetros sucesivos en una pieza embutida es una fracción del diámetro de la pieza obtenida en la fase anterior. Así se tiene para una primera operación:
d1 = m1 D Donde: d1 = es el diámetro obtenido en la primera operación D = es el diámetro del desarrollo m1= es el coeficiente de reducción correspondiente a la primera operación Para una segunda operación se tendrá: d 2
m 2 d 1
=
Y en general sería
d n
m n d n
=
1 −
En trabajos experimentales, los coeficientes de reducción (tabla VIII) dependen de la calidad y el espesor del material a embutir y de las condiciones de trabajo como son; lubricación, ejecución correcta y velocidad conveniente del punzón.
Tabla VIII Valores de coeficientes de reducción obtenidos de la Práctica 16
Material
Con pisador
Sin pisador
Chapa de Acero:
m1 0,56 0,56
m2 0,80 0,83
m 0,93 - 0,93 0,90 – 0,93
Espesor inferior a 2 mm Por encima de 2mm.
0,50 0,52 0,75
0,75 0,75 0,91
” ” ”
Espesor inferior a 2mm Por encima de 2mm
0,55 0,55 0,60
0,80 0,83 0,80
” ” ”
Latón, cobre, plata:
Espesor inferior a 2 mm Por encima de 2 mm.
Zinc Aluminio: Acero inoxidable
De esta forma, se puede decir que una gran reducción de los diámetros permite obtener una pieza, con un pequeño número de operaciones, pero plantean el riesgo de aumentar los rechazos, si no se efectúan recocidos después de cada embutición (esto no se puede realizar en el caso de una chapa estañada). A todo esto se puede decir que una gran reducción de diámetro en una primera operación no es posible, e incluso en casos de pequeña profundidad embutida. Así, es imposible embutir de un solo golpe un cilindro con pestaña circular adicional de diámetro: d1 = 75 mm. y profundidad h= 10 mm. , partiendo de un desarrollo D = 200 mm.. Para esto se requiere de tres operaciones de estirado: d1 == 110 mm ,
d2 = 85mm y
d3 == 75 mm.
Los valores dados en la tabla VIII son valores medios, que solo son aplicables en fabricaciones en grandes series. Ahora bien, estos coeficientes se pueden obtener por vía experimental, usando aparatos como el de Ericksen, Wazau, Avery, etc para ensayos de chapas. La práctica americana, propone emplear la formula Sparkuhl, según la cual, el diámetro de la primera embutición es: d 1 = 100
X
D − 0,025 D −
y los diámetros de las embuticiones posteriores: d n
=
Y d n
1
−
100 − 0,025 d n
−
1
Los coeficientes X y Y se dan en la tabla IX
Tabla IX Valores de los coeficientes SPARKUHL X
Espesor de Chapa 0.4 – 0.5 0.5
min 61 58
Max 68 65
Y
min. 74 73
max. 81 80 17
0.55 – 0.6 0.7 0.8 1.5 3.0
50 54 50 47 46
63 60 56 53 51
72 71 70.4 70 65
80 79 77 75 70
Los coeficientes X y Y varían entre los valores mínimo y máximo indicados de acuerdo a la calidad del material. Los valores mínimos corresponden a un material de buena calidad; los máximos a un material de una calidad mediocre. En experiencias realizadas, se ha visto que una chapa de la misma calidad y del mismo espesor, el coeficiente de reducción (para la primera operación) es función del diámetro relativo d/e de la pieza embutida. Siendo: d = diámetro; e =espesor Una vez conocido experimentalmente el coeficiente de reducción, que corresponde a una determinada relación d 1/e, se puede calcular el concerniente a la relación d' 1/e mayor que el anterior, mediante la fórmula del Profesor Siebel: m´1
m1
=
,
1 − 0,005 m1 f (
d 1 e
−
d 1 e
)
Siendo, f el coeficiente de rozamiento entre el material de la chapa y el de la matriz.
9. HERRAMIENTAS DE EMBUTICIÓN 9.1 Clasificación: Las herramientas de embutición pueden clasificarse según:
La forma de trabajo y la prensa utilizada: • •
Herramienta de simple efecto (ver Fig. 15) Herramienta de doble efecto: Para prensa de doble efecto y de simple efecto ( Fig. 16).
La operación a realizar: • •
Herramienta para primer paso Herramienta para pasos sucesivos
A. Herramienta de simple efecto (ver fig. 17) Herramienta de primer paso. La herramienta está constituida por: P =Punzón. Acero duro templado provisto de taladros de fuga de aire para evitar la deformación del embutido en la separación. M = Matriz. Acero duro templado . 18
La herramienta se denomina "pasa a través" si prevé la expulsión de la pieza por debajo. En este caso, el agujero de forma de la matriz termina en la parte inferior con una arista. Cuando el punzón vuelve a subir, la pieza embutida quedan retenidas por esta arista y se expulsado la matriz. Nota: Para la embutición de chapa delgada se deben prever vástagos de retención, a fin de evitar cualquier deformación. Si el embutido no puede pasar a través, se prevé un expulsor para hacerlo subir a la superficie de la matriz.
Fig. 15 Embutición de simple efecto
Fig. 16 Embutición de doble efecto
Herramienta para pasos sucesivos; Está constituida por los mismos elementos que anteceden, pero la matriz esta provista de un alojamiento para las centrales de la embutición obtenida en la primera pasada, 19
B. Herramienta de doble efecto (ver Fig. 17).
a) Para prensa de doble efecto. Herramienta de primer paso.
La herramienta está constituida por; P = Punzón. Acero duro templado. Previsto de taladros de fuga de aire. Sf = Sujetador. Acero duro templado. M = Matriz. Acero duro templado. Nota: En el caso de que la embutición tenga que realizarse en varias etapas (pasos), la parte superior del punzón estará achaflanada. La superficie que queda plana tendrá las dimensiones correspondientes al paso siguiente.
Herramienta para pasos sucesivos: Está constituida de los mismos elementos que la anterior. La matriz también está provista de un encaste para el centraje con el primer paso, y el sujetador está asimismo achaflanado como el punzón para el primer paso.
b) Para prensa de simple efecto.
En este caso, el sujetador está accionado por un dispositivo colocado debajo de la mesa de la prensa (sujetador neumático o dispositivo de resorte). La disposición de la herramienta será, pues, invertida. Herramienta de primer paso.
La herramienta está constituida por:
a.
Parte superior: M = Matriz. Acero duro templado, E = Expulsor. Acero semiduro. Accionado por el expulsor positivo del cabezal.
b.
Parte inferior: S == Acero semiduro, P = Punzón. Acero duro templado. Provisto de taladros de faga de aire. Sf = Sujetador- Acero duro templado. C = Guía cilíndrica. Acero duro. Transmite la presión al sujetador. Nota: En el caso de embutición poco profunda, la herramienta puede estar provista de un resorte dispuesto entre el sujetador y el suelo, y transmitir directamente la presión al sujetador.
20
Fig. 17 Herramientas de embutición
21
Herramienta para pasos sucesivos:
Esta constituida por los mismos elementos que la anterior, sólo se diferencia en la forma del sujetador.
9.2 Detalles de Construcción A) Punzones. a) Para las embuticiones de pequeñas dimensiones, los punzones se construyen de una sola pieza. Para las dimensiones medianas o grandes, de dos piezas. b) Una placa desmontable de acero duro templado va fijada con tomillos y pasadores al porta punzón de acero semiduro. En ciertos casos, la construcción en una sola pieza se realiza en fundición dura. c) Las superficies que trabajan deben estar bien pulidas. Los agujeros, los tornillos y los sujetadores no deberán alcanzar las superficies de deslizamiento. d) Las partes superiores de los punzones, para piezas a ejecutar en varias etapas, serán achaflanadas a 38° o 40°. e) Este chaflán permite repartir la presión del sujetador sobre una superficie y no sobre una línea, como ocurriría en un redondeado. El chaflán se limitará al diámetro de la prensa siguiente. f) Los punzones estarán provistos de taladros de fuga de aire dispuestos de tal manera que eviten deformaciones de la pieza embutida durante la separación.
B) Matriz
La construcción es análoga a los punzones. las partes que trabajan deben estar bien pulidas, y han de verificarse bien el valor de los radios. En el caso de una embutición de simple efecto, una inclinación de 60 0 da mejores resultados que un radio sencillo. Es conveniente prever también taladros de tuga de aire en el fondo de la matriz.
C) Sujetadores (fig. 18)
Los sujetadores se construyen de acero duro templado o bien de fundición. Por razones de deformación pueden estudiarse piezas desmontables, pero en este caso, hay que cuidar especialmente las uniones.
Centraje de recorte
La guía de los recortes puede conseguirse:
a) Por un encaste mecanizado sobre la superficie de trabajo del sujetador (o de la matriz). Este método es utilizado sobre todo para recortes circulares (discos). La profundidad del encaste será ligeramente inferior al espesor del material. b) Por guía escamotable, son broches que están en los agujeros previstos sobre la superficie de trabajo y mantenidos en posición elevada por resortes.
D) Topes del sujetador.
La fuerza aplicada sobre el sujetador permanece constante durante la operación. La superficie de la chapa, apretada entre el sujetador y la matriz, disminuye constantemente durante la embutición. 22
La presión específica aumenta, mientras que lo conveniente sería que siguiese siendo la misma. Se evita en parte este inconveniente, disponiendo topes de sujetadores. Estos topes están regulados de tal manera que el espacio que queda entre la matriz y el sujetador debe ser ligeramente inferior al espesor del material; de esta manera, la chapa no se aplasta nunca,
E) Expulsor
Es de acero semiduro o duro, según que se emplee sólo para expulsar o también para formar el fondo del embutido.
F) Guías cilíndricas
Las guías cilíndricas son generalmente de acero fundido templado. Según el tamaño de la herramienta, estarán ajustadas o no al sujetador. Cuando no se intenta su fijación al sujetador, hay que prever un reborde que los mantenga sobre la base, al final de la carrera.
G) Base
Suele construirse de acero semiduro. Se utiliza principalmente cuando las medidas del punzón no permiten la fijación directa de éste.
9.3 Embutición sobre bordón
Cuando la fibra a embutir no puede asegurar una sujeción suficiente o regular de los discos, hay que recurrir a los bordones, para evitar los pliegues.
Disposición de los bordones (Fig. 18) Al tener los bordones como fin el retener el recorte para evitar los pliegues, suposición será función de la forma a embutir.
I- Para forma hemisférica: El bordón estará previsto sobre el borde de la matriz. Se le dará la forma y dimensiones indicadas anteriormente. Los valores de los radios se calculan tomando a = 0,05d(e) l/2.
II Para formas cualesquiera : Los bordones se dispondrán sobre las partes recias o de poca curvatura, en una, dos o tres filas según la forma. En los rincones, donde los bordones no deben retener el resorte, se acabarán los mismos tal como se indica en la figura 18 (alfa =5 a 10 º).
23
Fig. 18
Vástagos de retención Embutición sobre bordón
Ejecución de los bordones
Ejecución El bordón puede ser: a) Mecanizado directamente sobre la matriz y el sujetador. b) Constituido por una o varias piezas desmontables. c) Constituido por una pieza cilíndrica que puede girar libremente en un encaste. La altura de estos bordones se ajustará cuando se hagan los ensayos.
24
10. PREVENCIÓN EN TRABAJOS DE EMBUTICIÓN 10.1 Principios en la fabricación de herramientas de embutición a) Las superficies de trabajo de la matriz y el redondeamiento de la entrada, deberán estar bien pulidos para permitir el deslizamiento regular de la chapa. El sentido de pulido será el mismo del desplazamiento de la chapa, b) Deben preverse varios taladros en el punzón y en el fondo de la matriz, para evitar una deformación del fondo del embutido a consecuencia de la comprensión (o del vacío) del aire aprisionado. La dimensión y el número de los agujeros serán los suficientes para permitir la evacuación rápida del volumen de aire en la bajada y el restablecimiento inmediato de la presión atmosférica a la subida. 10.2. Montaje de las herramientas sobre la prensa a) Elección de la prensa Al igual que las herramientas de doblado, además del esfuerzo, es la carrera necesaria para la embutición la que sirve de guía en la selección. b) Carrera de las herramientas La carrera necesaria tiene como valor: dos veces la altura de la pieza acabada, más el radio de la matriz, más un juego. Además, las herramientas para etapas ulteriores, al ser altas debe asegurarse que el pasaje entre las placas sea suficiente. c) Montaje de la prensa Como para las herramientas de doblado, el centrado se obtiene intercalando, o bien una pieza ya embutida, o bien unas lengüetas de metal del mismo espesor, dispuestas adecuadamente. También hay que regular la posición de la carrera haciendo dar una vuelta completa a mano, para asegurarse que el punzón no golpee el fondo de la matriz. 10.3 Puesta punto de las herramientas de embutición El examen de la primera pieza embutida nos revelará los defectos eventuales que presenta la herramienta y permitirá a ponerle remedio
10.4 Defectos y soluciones en los trabajos de embutición: (Ver Fig. 19(1,2..8)) A) El fondo se desprende sin formación de ningún embutido. La herramienta trabaja recortando: a) Aumentar el radio de embutición. b) Aumentar el juego entre el punzón y la matriz. c) Reducir la velocidad de embutición. d) Reducir la presión del sujetador. Nota: Verificar y corregir separadamente cada una de estas causas . B) La embutición se inicia, pero el fondo se desprende . a) b) c) d)
La parte embutida es más alta de un lado. La parte embutida es más alta en dos lados a 180°. La parte embutida es de una altura regular, Se presentan fuertes mareas de presión frente a la parte que no está rota. La parte embutida está partida. e) La rotura es regular, pero las marcas de presión en "a" y "b" no tienen la misma altura. El recorte esta mal colocado; corregir el centrado. •
25
• • • • • • •
Espesor irregular de la chapa; escoger una chapa , con las tolerancias más juntas. La velocidad de embutición es demasiado grande. Las calidades de la chapa no están adaptadas al trabajo. El punzón está descentrado. Si la chapa es de poco espesor, se aconseja un bastidor de columnas. La misma observación que para d. Si se quiere evitar el empleo de columnas, preveer un centraje mediante talón.
C) Desgarro de un solo lado o fisura transversal.
Aumento del grano en la parte más débil debido a una falta de homogeneidad. Cuerpo extraño en la chapa. Desgaste exagerado del redondeado. Escoger cuidadosamente las chapas y procurar corregir el redondeado.
D) El borde de la embutición esta agrietado en toda su extensión:
En pliegues sobre la parte cilíndrica o labios sobre el borde.
Reducir el juego entre e] punzón y la matriz.
Reducir el radio de la embutición.
Aumentar la presión del sujetador.
Nota: El lubricante empleado debe escogerse con cuidado, pues condiciona todas las correcciones.
E) El borde de la embutición es irregular.
Cuatro grandes puntas a 90" Dientes irregulares.
Nota: El lubricante condiciona la amplitud de estos defectos. Fenómeno de cristalización, "ondulaciones anisótropas" debidas a un mal recocido en el laminado final. Espesor irregular de la chapa.
F) Formación de burbujas al borde del fondo.
Bombeado del fondo.
Mala evacuación del aire.
26
Redondeamiento de embutición desgastado.
Ver la calidad del lubricante.
G) Embutición con borde ondulado y plisado, que presenta
Una rotura horizontal debajo del borde. Rastros brillantes de presión. Un borde embutido acampanado.
Aumentar la presión del sujetador; Aumentar el juegos entre el punzón y la matriz; Disminuir el radio de embutición; Aumentar el juego; Disminuir el juego.
H) Embuticiones no cilíndricas.
Rotura en el centro. Rotura vertical en un rincón partiendo del borde. Principio de rotura casi en un rincón. La puesta punto de este tipo de embutición es más delicada. Hay que empezar por corregir la forma y dimensiones del recorte. Después de la corrección del recorte, comprobar los puntos siguientes: El centraje de recorte; el espesor (irregular) de la chapa; La calidad del lubricante (el punzón no debe lubricarse); El desgaste del punzón y el redondeado de los rincones. El juego (insuficiente).
Fig. 19 Defectos de Embutición 27
28
CAPITULO III DESARROLLO DE DIVERSOS PRODUCTOS EMBUTIDOS
1. TIPOS DE CONTROL DE LA PRODUCCIÓN Entre los principales tipos de control se tiene:
Análisis de Laboratorio; Se realiza para determinar las propiedades mecánicas y otros de los materiales a trabajar por presión;
Control de las formas geométricas y dimensiones de las piezas: se verifica las formas y dimensiones de las piezas semiacabadas y acabadas,
Pruebas tecnológicas: comprende las pruebas de capacidad del material, para la embutición, curvado, etc.
Formas de Organización del Control: a) Control Preventivo Se verifica las piezas estampadas, después de instalar una estampa o matriz nueva. Incluye el control de materiales, herramientas, regímenes tecnológicos y piezas fabricadas; b) El Control Volante Lo realiza el Supervisor de Control Técnico, durante la inspección de los lugares de trabajo que a él se subordinan; en este caso se controlan unas cuantas piezas (muestras) de una producción de piezas estampadas. c) El Control Estadístico Consiste en la comprobación a elección periódica de las piezas. Este método permite descubrir las desviaciones de la marcha correcta del proceso tecnológico y prevenir así el surgimiento de defectos. Al comprobar las piezas estampadas visualmente se descubre, grietas, rebabas, pliegues y también se controla las dimensiones con los aparatos de metrología. Para controlar la composición química de los metales, la calidad del tratamiento térmico y descubrir los defectos interiores y exteriores, se emplea los análisis químicos y metalográficos, así como los diferentes métodos de defectoscopía: luminoscente, por rayos X, ultrasónica, etc.
29
Fig. 20 Desarrollo de las piezas embutidas
2. DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DEL RECORTE Calcular las medidas del recorte necesario para embutir una pieza, significa en otras palabras, determinar las dimensiones de la chapa plana que tenga el mismo volumen que el de la embutición considerada. Pero como en este cálculo se parte de la hipótesis de que el espesor no varía durante la embutición, será suficiente buscar la igualdad entre la superficie de la embutición y la del recorte. Embuticiones cilíndricas: El recorte será un círculo (disco) cuyo diámetro se determinará:
Matemáticamente, calculando la superficie de la embutición y buscando el diámetro de un círculo de la misma superficie. 2.1.2 Aplicando las fórmulas simplificadas(ver Fig. 20); 2.1.3 Aplicando el teorema de Guldin, para las piezas de revolución con cualquier generatriz. *En los casos, frecuentes en la embutición en que el recorte tiene forma circular , será denominado simplemente disco .
Teorema de Guldin : El área de una superficie de revolución tiene como valor el producto de la longitud de la generatriz por la longitud de la circunferencia descrita por el centro de gravedad de ésta. (ver esquemas en la página siguiente). Si "1" es la longitud de la generatriz, y "r" la distancia del eje al centro de gravedad de la generatriz, se tiene: S =2 ( phi ) r .1
Para un arco de circunferencia, la posición del centro de gravedad está dada por la fórmula: y = R.b / a
(Ver esquemas en la página siguiente)
Para calcular la superficie de la embutición por este método se procede como sigue:
a) Descomponer la generatriz en segmentos de rectas y arcos de circunferencia; b) Determinar la posición de los centros de gravedad de estas líneas; c) Efectuar los productos de las longitudes de las líneas y las longitudes de las circunferencias descritas por los centros de gravedad. d) Efectuar la suma de todos estos productos y añadirle la superficie de fondo.
Donde, el desarrollo es: D
=
( 4 / phi (2 ( phi ) X 1 I 1
+
2( phi ) X 2 I 2
+
2( phi ) X 3 I 3
( phi ) d 2 / 4))1 / 2
+
1. Embuticiones rectangulares :
La pieza a obtener está compuesta de superficies planas y superficies cilíndricas, que se calculan separadamente (Fig. 21). El recorte se determina como sigue: a) Trazar un rectángulo A, B, C, D, cuyos ángulos están situados en los centros de los radios " r" de las esquinas de la pieza a obtener. b) En cada esquina, con A, B, C, D, como centro, trazar un cuarto de circunferencia, cuyo radio R se determina como sigue. R=x.P P=(r 2+2r(h+0,5rf))1/2 X= 0,07(P/2r)2+ 1 Fórmulas en las cuales: r =radio del redondeado de las paredes r f = radio del fondo de la embutición h = altura de la embutición sin el radio del fondo c) Trazar el desarrollo de las parte rectas tomando por longitud de éstas: h +r −0,8 ( X 2
−
h +r −0,8 ( X 2
−
0,57 r f
+
0,57 r f
+
H a
=
H b
=
1) P 2 / a 1) P 2 / a
Así se obtiene el recorte teórico que presenta ángulos vivos. Por lo tanto habrá que: d) Corregir los ángulos siguiendo los trazados indicados anteriormente, teniendo en cuenta el
hecho de que la superficie del disco debe ser igual a la del recorte teórico.
A- Trazado sencillo que permite un recortado a la cizalla. Si se tiene:
( phi)r / 4 =1 / 2( H a * H b )
Si se tiene:
( phi) r 2 / 4 <1 / 2( H a * H b )
2
partes rectas. Si R >1 / 2 H a
o H b
trazar una línea recta que una los puntos E y F. trazar una línea paralela a EF que termine en las
puede utilizarse uno de los trazados siguientes:
B.- Desde los centro E y F de AB y CD, trazar dos tangentes a ¡a circunferencia.
Unir luego al contorno exterior, por radios cuyos centros estén situados sobre las perpendiculares a las tangentes (razadas desde E y desde F (Ver Fig.21) C- Trazar las dos bisectrices de los ángulos 1 y 2.
Por la intersección G y H de estas con la circunferencia del fondo de la embutición, trazarlos paralelas a la recta OL. Desde los puntos J y K, con un radio r = AO = DO trazar dos arcos de circunferencia tangentes al contorno exterior. Unir estos dos arcos por una recta. MN. Si R < 1/2Ha o Hb puede utilizarse uno de los dos trazados siguientes. D.- Prolongar en H a o H b las líneas de contorno de las partes rectas.
En el punto de coincidencia, trazar dos arcos de circunferencia, con radios r = h y R = 2h. Desde las intersecciones P y Q trazar dos arcos de radio r = h. E.- Trazar un arco de circunferencia de radio R = a + h. cuyo centro esté situado sobre el eje mayor.
Este último trazado muestra que, en el caso de embutición cuadrada con radio pequeño, se llega a un recorte circular (disco).
2. Embuticiones de forma cualquiera La determinación del recorte se efectúa siguiendo el mismo principio que para las embuticiones rectangulares. Las fórmulas utilizadas son ahora algo diferentes . Para los redondeados: R = (r 2+2r.h)1/2-0,43r f
Para las partes rectas
H = h + 0,57rf Las aplicaciones sobre el cálculo de los recortes se tratan después del párrafo siguiente, con el fin
de poder considerar, en cada caso, el problema en su totalidad . Fig. 21
3. DETERMINACIÓN DE LAS ETAPAS Si después de la embutición se realiza un ensayo de tracción sobre el metal embutido, se constatará:
a) Un aumento de la resistencia a la ruptura b) Un aumento del límite elástico c) Una disminución del % de alargamiento. El metal se ha agriado, es más duro y es más frágil, presenta un crecimiento del grano. Es esta acritud o que de hecho limita la embutición. Puede determinarse, para estas operaciones, el denominado "grano de embutición". Tiene este como valor: E =(S – s)/S donde: S = Superficie inicial s =Superficie final Después de la embutición, (Ver Fig. 22) la sección exterior de un recorte (disco) de diámetro D y espesor e, se ha convertido en una sección mayor, de una pieza, embutida de diámetro d 1 Se puede, pues, escribir: E = ((phi)D.e - (phi)d 1 e)/((phi)D,e)=(D – d1)/D
de donde:
E = 1-d1/D Fórmula que puede escribirse:
d1/D = 1 - E = m 1 o bien d1 = D. m1 El grado de acritud es que limita la reducción del diámetro. Del mismo modo, para los pasos ulteriores, se podrá escribir: E =1−d 2 / d 1 ; d 2 / d 1
=m2
o bien d 2
=d 1
. m2
Los coeficientes m 1y m 2 se llaman coeficientes de embutición; depende de las características del material y vienen dados en la Tabla X.
Tabla X COEFICIENTES DE EMBUTICIÓN MATERIAL
Ira Etapa m1 0,60-0,65 0,55-0,60 0,52-0,58 0,50-0,55 0,58-0,65 0,55-0,60 0,50-0,55 0,65-0,70 0,53-0.60 0,55-0,60 0,60-0,65
Acero de embutición Acero de embutición profunda Acero para carrocerías Acero inoxidable Chapa estañada Cobre Latón Zinc Aluminio Duraluminio Níquel (Monel, Inconel)
2da Etapa m2 0,8 0,75-0,80 0,75-0,80 0,80-0,85 0,88 0,85 0,75-0,80 0,85-0,90 0,8 0,90 0,80
q 0,37 0,36 0,35 0,40 0,33 0,32 0,31 0,38 0,33 0,34 0,34
Se ha establecido un diagrama que permite determinar m 1 (dado en ordenadas) partiendo de la profundidad Ericksen (tomada de la abscisa inferior) del material considerado, en este caso, se tomará m2 estableciendo la relación con los valores dados en las tablas. Puede devolverse al material sus cualidades primeras procediendo al recocido de las piezas embutidas, ya sea entre dos pasos o después de terminar.
3.1. Embuticiones cilíndricas A) Diámetros en las sucesivas etapas. Número de estas. Para obtener los diámetros se aplican las formulas tantas veces como sea necesario (número de estampas o pasos) hasta obtener un diámetro igual al del embutido definitivo, tal y como debe ser la pieza. Si el último diámetro hallado es inferior al que nos interesa, habrá que aumentar proporcionalmente todos los diámetros de las etapas anteriores .
B) Alturas obtenidas en los distintos pasos. El cálculo de las sucesivas alturas es necesario porque permite proporcionar los utillajes. Las fórmulas que siguen dan las alturas para diferentes tipos de embuticiones.
a) Embutición cilindrica ordinaria (Fíg.22) h
D 2
−
=
d 2
4d
b) Embutición cilíndrica con collar D
h=
2
( d 1 ) 2
−
4d 2
c) Embutición cilíndrica con chaflán en el fondo D 2
h=
Fórmulas en las cuales; D = diámetro del disco
( ( d 2 ) 2
−
5,64 c.d m )
+
4d 1
d1= diámetro en la etapa d2 = diámetro en la etapa siguiente
c = altura del chaflán
d m
=
=
d 1 − d 2
diámetro medio del chaflán
2
=
d 1
+
d 2
2
Nota: Cualquiera que sea la inclinación del chaflán, este se calcula como si fuera de 45°.
3.2 Embuticiones cónicas La ejecución de estas piezas requiere, primero, una formación cilíndrica en cascada, y segundo, el empleo de un estampador de dar forma (Fig. 22). La reducción del diámetro debe ser más débil que en la embutición cilíndrica, para no cargar demasiado el material. ( m1 = 0,6 a 0,7; m2 = 0,8 a 0,85)
La altura de las diferentes partes cilíndricas se determina por trazado o por cálculo, aplicando la fórmula h
=
H . c a
−
c
Estas partes cilíndricas se unen entre ellas por chaflanes a 45° y grandes redondeados. La altura de redondeado, en una etapa cualquiera, se calcula por la fórmula normal, pero teniendo en cuenta los diferentes chaflanes y partes rectas a dejar sobre la embutición (en los cálculos, los radios no se tienen en cuenta). Ejemplo; Para la altura de embutición en la segunda etapa se tiene: h=
D2 −((d 3 )
2
+
5,64c1 dm1 + 4 s1h1 +5,64 c2 dm2 +5,64 c3 dm3 ) 4d 2
Fig. 22. Pasos de Embutición
Fig. 23 Embutición Rectangular
Fig. 24 Primera Embutición Aplicada
3.3.
Embuticiones rectangulares
Si la embutición a ejecutar tiene una altura superior a cinco veces el radio de las esquinas, hay que prever varios pasos o etapas. El cálculo de los pasos se reduce a la determinación de la reducción de diámetros de los cilindros ficticios de las esquinas (Ver Fig. 23). Existen métodos posibles:
A) Sistema bombeado Las embuticiones en los pasos intermedios tienen los lados ligeramente bombeados. Ventajas: Este método requiere menos operaciones ya que los esfuerzos están repartidos más regularmente en el material.
Inconvenientes: El ajuste de la matriz es costoso.
Los radios de esquina se dan con las fórmulas:
r1 = q.R r2 = 0,6r1 r3 = 0,6r2 Los centros de estos radios están situados a una distancia-f- tal que Las flechas tienen como valores; W a
=
0,1 − 0,15a
f =1 / 2 ( r 1
−
r 2 )
W b =0,1 − 0,15b
B) Sistema recto: Las embuticiones en los pasos intermedios tienen los lados paralelos a los que tendrá la pieza definitiva.
Ventaja: El ajuste de la matriz es más sencillo. Inconveniente: Al ser más débil la reducción del diámetro, aumenta el número de pasos necesarios.
Los radios de esquina se obtienen con las fórmulas:
r1 = 1,2q.R r2 = 0,6r1 r3 = 0,6r2 El centro de estos radios es muy común con el radio de esquina de la embutición definitiva. Los coeficientes - q - están dados por la tabla X indicada o pueden determinarse con la ayuda del diagrama (tomados de la abscisa superior) partiendo del espesor y de la profundidad Ericksen del material considerado. La elección de uno u otro método se hará teniendo en cuenta, ya sea la ganancia en número de pasos del uno, ya sea la ventaja resultante en el ajuste de la matriz por el otro. Si el número de pasos es el mismo en los dos casos, escoger el método recto.
4. EJEMPLOS APLICATIVOS Determinar el diámetro del disco, los diámetros y las alturas en los pasos, necesarios para la embutición de piezas como se muestra en la figura 24.
Primera Embutición Aplicativa a) Cálculo del disco D = (d2+ 4dh)1/2= (502+4*50*50) 1/2 =112mm
b) Cálculo de los diámetros en los pasos La tabla nos indica como valores para m 1 y m2: 0,5 y 0,75
Primer paso, d 1 = D * m1 = 112*0,5 = 56 mm
Como el diámetro hallado es superior al que hay que obtener, habrá que efectuar un segundo paso.
Segundo paso , d 2= d * m1 =
56*0,75 = 42 mm
Como el diámetro hallado es superior al que hay que obtener, se aumentarán en forma proporcional los dos diámetros. Se adoptará entonces: Primer paso = diámetro 63, reducción 0,56 segundo paso = diámetro 50, reducción 0,79 Otra solución sería efectuar el primer paso con el diámetro 56 y el segundo paso con el diámetro 50, en embutición de simple efecto. Como que la reducción del diámetro solo es: =
56
50
−
56
* 100
=
10,7% permite ese tipo de embutición
Sin embargo, la primera solución es preferible, por lo que la adoptamos.
c) Cálculo de alturas Pr imer paso
h
−
=
D 2
−
d 2
=
4d
112 2
−
63 2
4 * 63
=
34 mm
En el segundo paso la altura será ya la definitiva. Si el primer paso está previsto con el fondo achaflanado, la altura será: h
=
D2
−
((d 2 )
2
+
5,64 c * d m
4d 1
2
112
=
−
(50
2
+
5,64* 6,5*56,5)
4 * 63
31,5 La altura total en el chaflán es: 31,5 + 6,5 =38mm
Segunda Embutición Aplicativa (Fig. 25) a) Cálculo del disco: D =( dc 2
+
4dc * h )1 / 2
=
( 40 2
+
4 * 28 * 34) 1 / 2
74 mm
=
b) Cálculo de los diámetros en los pasos; tomemos m 1 = 0,55 y m 2 = 0,8
=
Primer paso: d 1 = D* m1 =74 * 0,55 = 41 mm
Segundo paso: d 2 = d1*m2 = 41*0,8 = 33mm
Tercer paso: d 3 = d2*m2 = 33*0,8 = 27 – 28 mm
d) Cálculo de las alturas: En este tipo de embutición, en cuanto el diámetro en el paso es inferior al diámetro de la valona, por lo tanto hay que dejar material para formarla.
Primer paso: el d 1= 41, superior al de la valona. D2
h=
−
( d 1 )
4 d 1
2
=
47
2
−
2
41
4 * 41
=
23 mm
Segundo paso : el d2= 33, de este paso, al ser inferior al de la valona se dejará material para formarla D 2 −dc h2 = 4 d 2
2 =
74 2
−
40 2
4 * 33
29 mm
=
Fig. 27 Cuarta Embutición
Fig. 26 Tercera Embutición
El tercer paso tendrá la altura definitiva Nota: Generalmente, en el cálculo del disco no se tiene en cuenta el material necesario para el canteado de la pieza. En la práctica, siempre tenemos un ligero alargamiento por lo que se tiene un reborde que se tiene que cantear. Si este resulta insuficiente, en los ensayos siempre se debe aumentar el diámetro del disco en algunos milímetros. Después de este tercer paso, es necesario efectuar una operación de aplanado del reborde .
Tercera Embutición aplicativa (Fig. 26) Para piezas de esta forma se empieza siempre por embutir la parte central; esto consiste en hacer una embutición con una valona suficientemente grande para que nos sirva para embutir el diámetro exterior. a) Cálculo del disco: D = (652 +4 * 30 * 65 +4 * 22 * 20)1/2 = 118 mm
b) Cálculo de loa diámetros en los pasos: Adoptaremos como coeficientes: m 1= 0,55; m2 = 0,8 Primer paso: d1= 118 * 0,55 = 66mm Segundo paso d 2= 66 * 0,8 =53 mm Tercer paso
d 3 =53
* 0,8 = 43 mm
Cuarto paso d4 =43 * 0,8 = 35 mm Quinto paso d5 = 35 * 0,8 = 28 mm Sexto paso
d 6 = 28 * 0,8 = 22 mm
c) Cálculo de las alturas: Para poder embutir, después de la embutición del cuerpo central, el diámetro exterior, el diámetro de una valona debe ser suficientemente grande. Este diámetro deberá tener como valor: D1 =(65 D
h=
2
2
+
4 * 30 * 65 )
( D1 )
−
2
118
=
4 d 1 1760
h2
=
h3
=
4 * 53
1760 4 * 43
2
1/ 2
−
110
=
110
4 * 66 8 mm
=
10 mm
=
2
=
1760 4 * 66
6,5 mm
=
1760
h4
=
h5
=
4 * 35 1760
4 * 28
12,6 mm
=
= 15,7 mm
El diámetro exterior se embutirá en un paso. En efecto: m1= 65/110 = 0,59, que es un valor aceptable para esta embutición. Nota: Durante la fabricación de piezas de este tipo, hay que prever varios recocidos.
Cuarta Embutición Aplicativa (Fig. 27) A primera vista, se podría creer que esta pieza podría ser embutida siguiendo la misma serie de operaciones que la precedente. Sin embargo, las medidas de laparte central nos permiten mejor proyectar su fabricación por levantamiento de la valona.
a) Cálculo del disco: D = (802 + 4 * 80 * 27) 1/2 = 123 mm
b) Cálculo de las etapas o pasos: Para chapa utilizada, que tiene una profundidad Ericksen de 11 mm, el ábaco nos da como coeficiente: M 1= 0,65 d 1 =123 *0,65= 80mm
Por lo que será necesario solo un paso. c) Cálculo de la valona: Se trata de levantar un borde alrededor del diámetro 50. Por lo tanto, primero hay que determinar el diámetro del agujero a punzonar. Si admitimos que el espesor permanece constante, tenemos; ( pi ) Dh =
En donde
d =( D 2
4 dh )1 / 2
−
( 50 2
=
−
( phi) D 2
−
4
4 * 50 * 6 )1 / 2
( phi)d 2 4
36 mm
=
la práctica, el espesor varía, y si la altura del reborde debe ser exacta, el diámetro deberá situarse en su punto en los ensayos. El borde del agujero punzonado aumenta de longitud durante el levantamiento de la valona. Este alargamiento tiene un máximo admisible que varía según los materiales. Por !o tanto, la altura h esta limitada en su función de D. En la practicase se admite que ; h = 0,l a 0,15D. EN
Quinta Embutición Aplicativa (fig.28) a) Cálculo del disco: D =((d 1 ) G =(58 2
+
D =( 20 2
+
2
−
1/ 2
2G (d 1 + d 2 ))
((50 −20) 2 )1 / 2
60 mm
=
2 * 60 (50 +20 ))1 / 2
94 mm
=
b) Cálculo de los diámetros en los pasos d 1 =94 * 0,6 =57 mm 57 * 0,8 0
d 2
=
d 3
=
45 mm
=
45 * 0,8 =36 mm
36 * 0,8 =29 mm
d 4
=
d 5
=
29 * 0,8 =23 mm
c) Cálculo de las alturas Determinación de las alturas de las partes cilíndricas h2
H * C −C a
=
=
58 * 2,5 −2,5 =7 , 2 mm 15
58 * 4,5 h3 = −4,5 = 12,9 mm 15 h4
=
h5
=
58 * 3,5 −3,5 = 10 mm 15
58 * 3 −3 =8, 6 mm 15
Fig. 28 Quinta Embutición
Fig. 29 Sexta Embutición
Nota: Estas diferentes alturas pueden medirse sobre un trazado a escala. Altura en los pasos sucesivos, En el primero:
H 1 =
D
2
( d
−
La altura total valdrá
2
5,64c * dm) 94 = 4d 1
+
2
(45
−
2
5,64 * 6 * 51) =22 mm 4 * 57 +
22 +6 =28 mm
En el segundo paso el diámetro será inferior al diámetro grande del cono; se dejará un chaflán en el diámetro 50. H 2
94
2
=
( 36 2
−
La altura total valdrá
5,64 * 2,5 * 47,5 +5,64 * 4,5 * 40,5) =32 mm 4 * 45
+
2,5 +4,5 =39 mm
+
A cada paso siguiente deberán dejarse subsistir las partes cilíndricas correspondientes al perfil a obtener. 94 2 H 3 = En Total
=
( 29 2
−
5,64 * 2,5 * 47 ,5
+
4 * 7 , 2 * 45 +5,64 * 4,5 +40,5 +4 *12,9 * 36 +5,64 4 * 36
+
30 +2,5 +7,2 +4,5 +3,5 =48 mm
94 2
( 23 2
5,64 * 2,5 * 47 ,5 +4 * 7 ,2 * 45 +5,64 * 4,5 * 40,5 +4 *12,9 * 36 +5,64 * 3 4 * 29 En total =20 +2,5 +7,2 +4,5 +12,9 +3,5 +3 =54 mm
H 4
94 H
5
2
=
( 20
−
2
−
+
5,64 * 2,5 * 47,5
+
4 * 7 , 2 * 45
+
5, 64 * 4,5 * 40,5
+
4 * 12,9 * 36
+
5,64 * 3,5
+
32,5
+
4 * 10 * 29
+
=
4 * 23
O sea 12,5 + 2,5 + 7,2 + 4,5 +12,9 +3,5 +10 + 3 +1,5 =57 mm
=
En el sexto paso las medidas serán las tomadas del trazado. Irá seguido de un paso de calibrado. Los valores calculados más arriba deben ser comprobados y puesto a punto en los ensayos. Permiten dimensionar las herramientas. En los ensayos, se hará de manera que el perfil dejado a la pieza sea inferior al del cono a obtener. De esta manera el calibrado, al provocar la tensión de la chapa, hará desaparecer todas las huellas de escalonado de los cilindros.
5, 64 *
+
Sexta Embutición aplicativa (Fig.29) La forma de esta pieza no permite el empleo de fórmulas simplificadas. Apliquemos el teorema Guldin.
a) Calculo de los centros de gravedad. Longitud de los ar cos
=
=
2 * 3,14 * 40 4
2 * 3,14 * 50 4
62,8 mm
=
78,6 mm
=
Posición de los centros de gravedad: Y 1 =40 *
40 * 2 62,8
50 *
50 * 2 78,6
Y 2
=
50,95mm
=
=
63,61 mm
Distancia de los centros de gravedad al eje: X 1 =155 −
X 2
=
65 +
50,955 2
63,61 2
129,6 mm
=
96,8 mm
=
b) Cálculo de la superficie de la pieza: 3,14 4
2
2
(320
−
2
310 ) +2 * 3,14 *129,6 * 62,8 + 2 * 3,14 * 96,8 * 78,6 + 3,14 *130 * 5 +
128960 mm 2
=
El disco tendrá un diámetro de 405 mm La pieza se ejecutará en dos pasos, como se ve en la figura.29.
3,14 *130 4
Séptima Embutición Aplicativa (Fig.30) a) Cálculo de los radios de esquina. R = X * P P =( r 2
+
2r (h + 0,5r f )1 / 2
(5 2
=
+
2 * 5(47 + 0,57 * 3))1 / 2
P = 22,6 mm 2
( 22.6) +1 =1,35 mm 2 *5 de donde R = 22,6 *1,35 = 31mm
V = 0,07
b) Cálculo de las partes rectas. P 2 Ha =0,57 r f + h + r − 0,8 ( X −1) a 2
Ha =0,57 * 3 + 47 +5 − 0,8(1,35 2
−
Hb = 0,57 * 3 + 47 +5 − 0,8(1,35 2
−
1)
1)
22,6 2
=
46 mm
=
51 mm
45 22,6 2 127
c) Corrección del ángulo. Podemos utilizar el trazado B y obtendremos entonces el recorte representado anteriormente,
d) Cálculo de las etapas Al sobrepasar la altura de la embutición 5 veces el radio de la esquina, harán falta varios pasos para obtener esta pieza. Cálculo de los radios: El ábaco anterior da q =0,39 de donde. r 1 = q * R
=
0,39 * 31 =12 mm →14 mm
r 2
=
0,6 * 12 = 7 mm →8,5 mm
r 3
=
0,6 * 7 = 4, 2 mm →5 mm
Por el método recto tendremos: 1,2 * 0,39 * 31 =14 mm
r 1
=
r 2
=
r 3
=
14 * 0,6 =8,5 mm 8,5 * 0,6 =5,1 mm
Será más interesante, entonces, utilizar el método recto, por que en el caso presente, el método
