Universidad Autónoma de ciudad Juárez Instituto de ingeniería y tecnología Departamento de ingeniería industrial y manufactura
Asignatura: Ingeniería en Manufactura Titular de asignatura: Profesor Fernando Hermosillo Pérez
Reporte extenso de: 8. TRABAJO DE LÁMINA DE METAL "SHEET METAL" 8.1 Dados para procesos de lámina de metal Operaciones de corte Operaciones de doblado Operaciones de embutido Operaciones combinadas Troquelado progresivo Nombre de los alumnos: Julio Cesar Gaytán Ruiz Matricula: 131540 Juan Esteban Martínez Morales Matricula: 131573 Semestre: Agosto-Diciembre de 2014
Índice FORMADO DE METALES ................................................................................................................................ 5 Curva de esfuerzo vs. Deformación .......................................................................................................... 5 Propiedades metálicas en los procesos de conformado .......................................................................... 6 Trabajo en frio ....................................................................................................................................... 6 Trabajo en caliente ............................................................................................................................... 6 Deformación volumétrica ......................................................................................................................... 7 Trabajo de láminas de metal ..................................................................................................................... 8 Productos ejemplos .............................................................................................................................. 9 Metales más usados .............................................................................................................................. 9 Operaciones .......................................................................................................................................... 9 Troquelado o estampado ...................................................................................................................... 9 I. Corte ......................................................................................................................................................... 11 a.
Cizallado Cizallad o ................................... .................. ................................... ................................... .................................. ................................... .................................... ................................. ............... 11 Bordes Cizallados ................................................................................................................................ 11 Claro .................................................................................................................................................... 12
b.
Corte en trozos .................................. ................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ........................ ...... 12
c.
Partido Parti do................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 13
d.
Recorte Recort e .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 13
e.
Rasurado Rasura do .................................. ................. ................................... ................................... .................................. ................................... .................................... ................................. ............... 13
f.
Punzonado Punzona do .................................. ................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... .............................. ............ 13
g.
Ranurado Ranura do .................................. ................. ................................... ................................... .................................. ................................... .................................... ................................. ............... 13
h.
Punzonado Punzona do fino ................................. ................ .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ........................ ...... 13
i.
Muescado y semimuescado semimuesca do .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... ..................... .... 14
j.
Perforado y perforado múltiple .................. ........................... .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 14
k.
Lancetado Lancet ado................................. ................ ................................... ................................... .................................. ................................... .................................... ................................. ............... 14
II. Doblado ................................................................................................................................................... 15 Doblado en V o doblado entre formas. .................................................................................................. 15 Doblado de bordes. ................................................................................................................................. 16
Otras operaciones de doblado ................................................................................................................ 16 Formado de bridas, doblez, engargolado y rebordeado .................................................................... 17 Operaciones misceláneas de doblado .................................................................................................... 18 III. Embutido ................................................................................................................................................ 19 Herramientas de embutido ..................................................................................................................... 19 Operaciones de Embutido ...................................................................................................................... 20 Otras operaciones de embutido ............................................................................................................. 22 Troqueles compuestos ................................................................................................................................ 25 Ventajas .............................................................................................................................................. 25 Desventajas ......................................................................................................................................... 25 Troqueles progresivos ................................................................................................................................. 26 Ventajas .............................................................................................................................................. 26 Desventajas ......................................................................................................................................... 27 Bibliografía .................................................................................................................................................. 28
Tabla de ilustraciones Ilustración 1 – Curva de deformación ........................................................................................................... 5 Ilustración 2 - Procesos basicos de deformacion volumetrica: a)laminado, b)forjado, c)extrusion y d)estirado ...................................................................................................................................................... 8 Ilustración 3- operaciones basicas en el trabajo de lamina metalicas: a)doblado, b)estirado y c)corte .... 10 Ilustración 4 - bordes cizallados caracteristicos del material de trabajo.................................................... 12 Ilustración 5 - Efecto del claro: a)un claro demasiado pequeno ocasiona una fractura un poco menos que optima y fuerzas excesivas, b)claro normal ocasiona un corte optimo, y c) un claro demasiado grande ocasiona rebaba mas grande. ..................................................................................................................... 12 Ilustración 6 - Doblado ................................................................................................................................ 15 Ilustración 7 - Doblado en V ........................................................................................................................ 16 Ilustración 8 – Método de doblado en borde ............................................................................................. 16 Ilustración 9 - Formado de bridas: (a) bridado recto, (b) bordeado estirado y (c) bridado contraído. ...... 17 Ilustración 10 - (a) Doblez, (b) engargolado (empalme) y (c) rebordeado. ................................................ 18 Ilustración 11 - Operaciones misceláneas de doblado: (a) doblado en canal, (b) doblado en U, (c) doblado al aire, (d) doblado escalonado, (e) corrugado y (f) formado de tubo. ...................................................... 18 Ilustración 12 - Embutido ............................................................................................................................ 19 Ilustración 13 - Proceso de embutido ......................................................................................................... 21 Ilustración 14 – Reembutido ....................................................................................................................... 23 Ilustración 15 - Embutido inverso ............................................................................................................... 23 Ilustración 16 - Embutido sin sujetador ...................................................................................................... 24
FORMADO DE METALES Se refiere a los procesos de manufactura en los que se usa la deformación plástica para cambiar la forma de las piezas metálicas.
Curva de esfuerzo vs. Deformación Límite de Fluencia: Deformación de un material plástico producida por una fatiga superior al límite elástico del material, que le produce un cambio permanente de su forma. También llamada deformación plástica
Ductilidad: Se conoce como ductilidad a la propiedad de aquellos materiales que, bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sin llegar a romperse. Estos materiales, como ciertos metales o asfaltos, se conocen como dúctiles. Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico, es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad. Si el Límite de Fluencia Aumenta la Ductilidad Disminuye y viceversa
Ilustración 1 – Curva de deformación
Propiedades metálicas en los procesos de conformado Al abordar los procesos de conformado es necesario estudiar una serie de propiedades metálicas influenciadas por la temperatura, dado que estos procesos pueden realizarse mediante un trabajo en frio, como mediante un trabajo en caliente.
Trabajo en frio Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cadencia original de metal, produciendo a la vez una deformación. Hace referencia a todos aquellos procesos de conformado realizado a baja temperatura generalmente ambiente, como son embutido, doblado, rolado, estirado. Además posee un acabado brillante y bastante exacto. Tiene la particularidad de mejorar la resistencia, la maquinabilidad .El endurecimiento por deformación plástica en frío es el fenómeno por medio del cual un metal dúctil se vuelve más duro y resistente a medida es deformado plástica mente. Características
Mejor precisión
Menores tolerancias
Mejores acabados superficiales
Mayor dureza de las partes
Requiere mayor esfuerzo
Trabajo en caliente Una de las propiedades más importantes de los metales es su maleabilidad, este término, indica la propiedad de un metal para ser deformado mecánicamente por encima de su límite elástico, sin deformarse y sin incremento considerable en la resistencia a la deformación. Dado que el metal se encuentra a alta temperatura, los cristales reformados comienzan a crecer nuevamente, pero estos no son tan grandes e irregulares como antes. AI avanzar el trabajo en caliente y enfriarse el metal, cada deformación genera cristales más pequeños, uniformes y hasta cierto grado aplanados, lo cual da al metal una condición a la que se llama anisotropía u orientación de grano o
fibra, es decir, el metal es más dúctil y deformable en la dirección de un eje que en la del otro La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad. Aquí se pueden trabajar diferentes conformados como es; el laminado, forjado, extrusión, embutido entre otros. Características
Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo
Menores esfuerzos
Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío
Deformación volumétrica Se caracteriza por deformaciones significativas y cambios de forma, la relación entre el área superficial y el volumen de trabajo es relativamente pequeña. La forma del trabajo inicial para estos procesos incluye tochos cilíndricos y barras rectangulares.
Procesos:
Laminado. Es un proceso de deformación por compresión en el cual el espesor de una plancha o placa se reduce por medio de herramientas cilíndricas opuestas llamadas rodillos. Los rodillos giran para estirar la placa y realizar el trabajo dentro de la abertura entre ellos y comprimirla.
Forjado. En el Forjado se comprime una pieza de trabajo entre dos dados opuestos, de manera que la forma del dado se imprima para obtener el trabajo requerido. El forjado es un proceso tradicional de trabajo en caliente, pero muchos tipos de forjado se hacen también en frío.
Extrusión. Es un proceso de compresión en el cual se fuerza el metal de trabajo a fluir a través de la abertura de un dado para que tome, la forma de la abertura de éste en su sección transversal.
Estirado. En este proceso de formado, el diámetro de un alambre o barra se reduce cuando se tira del alambre a través de la abertura del dado.
Ilustración 2 - Procesos básicos de deformación volumétrica: a) laminado, b) forjado, c) extrusión y d) estirado
Trabajo de láminas de metal Son operaciones de formado o preformado de láminas de metal, tiras y rollos. La relación entre el área superficial y el volumen del material inicial es alta; por lo que esta relación es un medio útil para diferenciar la deformación volumétrica de los procesos con láminas metálicas. La mayor parte de los espesores del metal están entre 0.4 mm y 6 mm. Cuando el espesor excede de 6 mm se le llama placa en lugar de lámina. El material que se usa en el trabajo metálico de láminas se produce por laminado.
Productos ejemplos Las partes de lámina de metal se caracterizan generalmente por su alta resistencia, buena precisión dimensional, buen acabado superficial y bajo costo relativo. Algunos de los productos que se obtienen son: escritorios, archiveros, carrocerías de autos, fuselajes de aviones y las latas de las bebidas.
Metales más usados El acero al bajo carbono es el metal en forma de lámina que más se usa. Para aplicaciones en aviones y en naves espaciales, los materiales laminados normales son el aluminio y el titanio.
Operaciones La mayoría de los procesos con láminas metálicas se realizan a temperatura ambiente (trabajo en frío). Excepto cuando el material es grueso, frágil o la deformación es significativa. Éstos son los casos usuales de trabajo en tibio más que trabajo en caliente.
Troquelado o estampado Se define como troquelado o estampado al conjunto de operaciones con las cuales sin producir viruta, sometemos una lámina plana a ciertas transformaciones a fin de obtener una pieza de forma geométrica propia. Este trabajo se realiza generalmente con troqueles en prensas. Los troqueles, también llamados punzones, (porción positiva) junto con dados (porción negativa) constituyen los juegos de herramienta. Las operaciones se subdividen en: I.
Corte (se realiza generalmente en frío)
II.
Doblado y/o Curvado (se realiza generalmente en frío)
III.
Embutido (puede realizarse en frío o en caliente)
Ilustración 3- operaciones básicas en el trabajo de lámina metálicas: a) doblado, b) estirado y c) corte
I. Corte a. Cizallado Operación de corte de lámina de metal a lo largo de una línea recta entre dos bordes de corte. Sirve para reducir grandes láminas a secciones más pequeñas para operaciones posteriores de prensado. El borde superior de corte (el punzón) se mueve hacia abajo sobrepasando el borde estacionario inferior de corte (el dado). Cuando el punzón empieza a empujar el material de trabajo, ocurre una deformación plástica en las superficies de la lámina, conforme éste se mueve hacia abajo ocurre la penetración, en la cual comprime la lámina y corta el metal. Esta zona de penetración es generalmente una tercera parte del espesor de la lámina. A medida que el punzón continúa su viaje dentro del trabajo, se inicia la fractura del material de trabajo entre los dos bordes de corte. Si el claro entre el punzón y el dado es correcto, las dos líneas de fractura se encuentran y el resultado es una separación limpia del material de trabajo en dos piezas.
Bordes Cizallados Los bordes cizallados de la lámina tienen formas características: Encima de la superficie de corte hay una región que se llama redondeado. Éste corresponde a la compresión hecha por el punzón en el material de trabajo antes de empezar el corte. Aquí es donde empieza la deformación plástica del material de trabajo; justo abajo del redondeado hay una región relativamente lisa llamada bruñido. Ésta resulta de la penetración del punzón en el material antes de empezar la fractura. Debajo del bruñido está la zona de fractura, una superficie relativamente tosca del borde de corte donde el movimiento continuo del punzón hacia abajo causa la fractura del metal.
Ilustración 4 - bordes cizallados característicos del material de t rabajo
Claro En una operación de corte, el claro es la distancia entre el punzón y el dado. Los claros típicos en el prensado convencional fluctúan entre 4 y 8% del espesor de la lámina metálica t. El efecto de los claros inapropiados se ilustra en la ilistracion 5 Si el claro es demasiado pequeño, las líneas de fractura tienden a pasar una sobre otra, causando un doble bruñido y requiriendo mayor fuerza de corte. Si el claro es demasiado grande, los bordes de corte pellizcan el metal y resulta una rebaba excesiva. En operaciones especiales que requieren bordes muy rectos como en el rasurado y el perforado, el claro es solamente el 1 % del espesor del material.
Ilustración 5 - Efecto del claro: a) un claro demasiado pequeño ocasiona una fractura un poco menos que optima y fuerzas excesivas, b) claro normal ocasiona un corte óptimo, y c) un claro demasiado grande ocasiona rebaba más grande.
b. Corte en trozos Es una operación de corte en la cual las partes se separan de una tira de lámina metálica cortando el borde opuesto de la parte en secuencia. Cada corte produce una nueva parte. Las características que distinguen la operación de corte en trozos del
corte convencional son que los bordes de corte no son necesariamente rectos, y que las partes se pueden empalmar en la tira de tal manera que se evite el desperdicio.
c. Partido Involucra el corte de una tira de lámina por un punzón con dos bordes de corte que coinciden con los bordes opuestos de la parte deseada.Esto puede requerirse cuando los contornos de la parte tienen forma irregular que impiden su empalme perfecto en la tira. El partido es menos eficiente que el corte en trozos debido a que produce algún material de desperdicio.
d. Recorte El recorte es una operación de corte que se realiza en una parte ya formada para remover el exceso de metal y fijar su tamaño. Un ejemplo típico es el recorte de la porción superior de una copa hecha por embutido profundo para fijar la dimensión deseada.
e. Rasurado El rasurado es una operación de corte realizada con un claro muy pequeño destinada a obtener dimensiones precisas y bordes lisos y rectos. El rasurado es una operación secundaria típica o de acabado que se aplica sobre partes que han sido cortadas previamente.
f. Punzonado Implica el corte de una lámina de metal a lo largo de una línea cerrada en un solo paso para separar la pieza del material circundante. El trozo recortado es la pieza a producir.
g. Ranurado Es la operación de punzonado en la que el agujero es rectangular o alargado.
h. Punzonado fino El punzonado fino es una operación de cizallado que se usa para cortar partes con tolerancias muy estrechas y obtener bordes rectos y lisos en un solo paso. Al principio
del ciclo, una placa de presión con salientes en forma de V aplica una fuerza de sujeción Fh contra la lámina adyacente al punzón, a fin de comprimir el metal y prevenir la distorsión. El punzón desciende entonces con una velocidad más baja de lo normal y con claros más reducidos para producir las dimensiones y los bordes de corte deseados. El proceso se reserva usualmente para espesores relativamente pequeños del material.
i. Muescado y semimuescado Para obtener el contorno deseado de la pieza, se cortan frecuentemente porciones de lámina por muescado o semimuescado. El muescado es el corte solo en una de las caras de la lámina. El semimuescado recorta una porción interior de la lámina. El metal removido por el semimuescado crea parte del contorno de la pieza, mientras que el perforado y el ranurado genera agujeros en la pieza.
j. Perforado y perforado múltiple El perforado simple es la creación de algún agujero en una lámina de metal y su objetivo es meramente el ensamble posterior de la pieza con otras. El perforado múltiple involucra la perforación simultánea de varios agujeros en una lámina de metal, y el patrón de agujeros tiene generalmente propósitos decorativos o para permitir el paso de la luz, gases o fluidos.
k. Lancetado Aquí se punzona un agujero parcialmente y se dobla un lado hacia abajo a manera de respiradero.
II. Doblado En el trabajo de láminas metálicas el doblado se define como la deformación del metal alrededor de un eje recto. Durante la operación de doblado, el metal dentro del plano neutral se comprime, mientras que el metal por fuera del plano neutral se estira. El metal se deforma plásticamente así que el doblez toma una forma permanente al remover los esfuerzos que lo causaron. El doblado produce poco o ningún cambio en el espesor de la lámina metálica. El doblado de metales se deforma alrededor de un determinado ángulo. Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados (menores a 90°) o rectos.
Ilustración 6 - Doblado
Las operaciones de doblado se realizan usando como herramientas de trabajo diversos tipos de punzones y dados. Los dos métodos de doblado más comunes y sus herramientas asociadas son el doblado en V, ejecutado con un dado en V; y el doblado de bordes, ejecutado con un dado deslizante.
Doblado en V o doblado entre formas. La lámina de metal se dobla entre un punzón y un dado en forma de V, los ángulos van desde los muy obtusos hasta los muy agudos. El doblado en V se usa generalmente para operaciones de baja producción y se realizan frecuentemente en una prensa de cortina, los correspondientes dados en V son relativamente simples y de bajo costo. Esta operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo volumen de producción.
Ilustración 7 - Doblado en V
Doblado de bordes. Involucra una carga dobladiza sobre la lámina de metal. Se usa una placa de presión, que aplica una fuerza de sujeción Fh para sujetar la lámina contra el dado, mientras el punzón fuerza la parte volada para doblarla sobre el borde del dado. El doblado se limita a ángulos de 90º o menores. Se pueden diseñar dados deslizantes más complicados para ángulos mayores de 90º. Debido a la presión del sujetador, los dados deslizantes son más complicados y más costosos que los dados en V y se usan generalmente para trabajos de alta producción.
Ilustración 8 – Método de doblado en borde
Otras operaciones de doblado Se dispone de otras operaciones de doblado adicional, además de las de doblado en V y doblado de bordes. Algunas de éstas involucran el doblado sobre ejes curvos en lugar de ejes rectos, o tienen otras características que las diferencian de las operaciones básicas descritas anteriormente.
Formado de bridas, doblez, engargolado y rebordeado El formado de bridas es una operación en la cual el filo de una lámina se dobla en un ángulo de 90º para formar un borde, Se usa frecuentemente para reforzar o dar rigidez a la parte de lámina metálica, El borde se puede formar en un doblez sobre un eje recto, como se ilustra en la figura 3.67(a), o puede involucrar algunos estiramientos o contracciones del metal como en las partes (b) y (c).
Ilustración 9 - Formado de bridas: (a) bridado recto, (b) bordeado estirado y (c) bridado contraído.
El d o b l e z involucra el doblado del borde de la lámina sobre sí misma en más de un paso de doblado. Esto se hace frecuentemente para eliminar el filo agudo de la pieza. Para incrementar la rigidez y para mejorar su apariencia. El
engargolado o
empalme es una operación relacionada en la cual se
ensamblan dos bordes de láminas metálicas. El doblez y el engargolado se ilustran en la figura. 3.68(a) y (b). En el r e b o r d e a d o , también llamado formado de molduras, los bordes de la parte se producen en forma de rizo o rollo como se muestra en la figura 3.68(c). Tanto esta operación como el doblez se hacen con fines de seguridad, resistencia y estética. Algunos ejemplos de productos en los cuales se usa el ribeteado incluyen bisagras, ollas, sartenes y cajas para relojes de bolsillo. Estos ejemplos demuestran que el ribeteado se puede ejecutar sobre ejes rectos o curvos.
Ilustración 10 - (a) Doblez, (b) engargolado (empalme) y (c) rebordeado.
Operaciones misceláneas de doblado En la ilustración 11 se muestran algunas otras operaciones de doblado para ilustrar varias formas en las que se puede doblar una lámina La mayoría de estas operaciones se realizan en dados relativamente simples y similares a los dados en V.
Ilustración 11 - Operaciones misceláneas de doblado: (a) doblado en canal, (b) doblado en U, (c) doblado al aire, (d) doblado escalonado, (e) corrugado y (f) formado de tubo.
III. Embutido El proceso de embutido consiste en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego presionándolo hacia la cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la cual quedará formada la lámina.
Ilustración 12 - Embutido
El número de etapas de embutición depende de la relación que exista entre la magnitud del disco y de las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición, del material y del espesor de la chapa. Es decir, cuanto más complicadas las formas y más profundidad sea necesaria, tantas más etapas serán incluidas en dicho proceso.
Herramientas de embutido Con éste tipo de herramientas de embutición profunda se confeccionan partiendo de discos o piezas recortadas según el material, piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura. No se pretende con ésta operación generalmente una variación del espesor del material.
Herramienta de Embutido de Acción Simple: En este tipo de herramienta el disco recortado a embutir se fija en su asiento, al actuar la placa prensa disco, el punzón comienza a penetrar el material en la matriz en su totalidad. Seguido se expulsa la pieza embutida por acción de un expulsor, obteniéndose una pieza de esta característica.
Herramientas de Embutido de Doble Acción: En este tipo de herramientas, el punzón se ubica en la parte superior de la corredera (prensa), el disco recortado se ubica también en su asiento en la matriz y el punzón y la placa prensa disco actúan simultáneamente y la matriz cuenta con el expulsor
Herramienta de Embutido Telescópico: Se utiliza en piezas previamente embutidas con la finalidad de conseguir una mayor altura y por consiguiente una pieza de menor diámetro, para ello se debe contar con un juego de punzón y matriz adecuado, de tal manera de conseguir el objetivo, como quiera que con el embutido previo, el material deformado ha conseguido una acritud debe ser tratado térmicamente para recobrar su elasticidad, esto se debe aplicar en cada fase del proceso de embutido.
Operaciones de Embutido Las piezas recortadas o discos a emplear se disponen en el asiento o anillo de centrado, fijado a la matriz de embutir, con la finalidad de centrar el disco en el proceso de embutición. Un dispositivo pisador aprieta el disco contra la matriz de embutir con la finalidad de que no se produzcan pliegues. El punzón de embutir al bajar estira el material sobre los bordes rebordeados de la matriz, de modo que se produzca una pieza hueca. El desplazamiento de todos los cristales en que está constituido el material a embutir es radical en toda su magnitud. Cada uno de los cristales del material se desplaza, en la medida de que este se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz. El desplazamiento del material en ese instante es semejante al flujo de agua por el rebosadero de una presa. Cuando se pretende que el espesor del material no se altere durante el proceso de embutido, el área de la pieza original (disco recortado) debe ser igual al área de la superficie de pieza embutida.
Ilustración 13 - Proceso de embutido
Conforme el punzón se desliza hacia abajo, hasta su posición final, la pieza de trabajo experimenta una serie compleja de esfuerzos y deformaciones al tomar gradualmente la forma definida por el punzón y la cavidad del dado. Cuando el punzón empieza a empujar al material de trabajo, somete al metal a una operación de doblado . La lámina es doblada simplemente sobre la esquina del punzón y la esquina del dado. A medida que el punzón avanza, ocurre una acción de enderezado del metal que fue previamente doblado sobre el radio del dado. El metal en el fondo de la copa, así como a lo largo del radio del punzón, se ha movido hacia abajo junto con el punzón, pero el metal que se había doblado sobre el radio del dado se endereza para que pueda jalarse dentro del claro y formar la pared del cilindro. En este punto se necesita más metal para reemplazar al que ahora forma la pared del cilindro. Este nuevo metal viene del borde exterior de la forma original. El metal en la porción exterior de la forma se jala o embute hacia la apertura del dado para sustituir al metal previamente doblado y enderezado que ahora forma la pared del cilindro. De este
tipo de flujo de metal a través de un espacio restringido es de donde toma su nombre el proceso de embutido. Para que el material de la brida se mueva hacia la apertura del dado, se debe superar la fricción entre la lámina de metal y las superficies del sujetador y del dado, Generalmente se usan lubricantes o compuestos para reducir las fuerzas de fricción durante el embutido. El movimiento progresivo del punzón hacia abajo ocasiona la continuidad del flujo de metal, causado por el estirado y la compresión que se han descrito previamente. Ocurre además, cierto adelgazamiento de las paredes del cilindro. A la fuerza que aplica el punzón se opone la del metal, en forma de deformación y fricción durante la operación. Una parte de la deformación involucra estiramiento y adelgazamiento del metal al ser jalado sobre el borde de la abertura del dado. En una operación exitosa de embutido puede ocurrir hasta un 25% de adelgazamiento, la mayor parte cerca de la base de la copa.
Otras operaciones de embutido Nuestro análisis ha sido enfocado hacia una operación convencional de embutido acopado que produce una forma cilíndrica simple en un solo paso y usa un sujetador para facilitar el proceso.
Reembutido: Si el cambio de forma que requiere el diseño de la parte es demasiado severo, el formado completo de la parte puede requerir más de un paso de embutido. Al segundo paso de embutido y a cualquier otro posterior, si se necesita, se le llama reembutido.
Cuando el diseño de la parte requiere una relación de embutido demasiado grande que impide formar la parte en un solo paso, se puede ejecutar la siguiente sugerencia general para la reducción, que se puede hacer en cada operación de embutido.
Ilustración 14 – Reembutido
Una operación relacionada es el embutido inverso, en el cual se coloca una parte embutida hacia abajo en el dado y una segunda operación de embutido produce una configuración. En esta operación la reducción es más fácil para el metal. La razón es que en el embutido inverso la lámina de metal se dobla en la misma dirección en las esquinas exteriores e interiores del dado, mientras que en el reembutido el metal se dobla en direcciones opuestas en las dos esquinas. Debido a esta diferencia, el metal experimenta menos endurecimiento por deformación en el embutido inverso y, por tanto, la fuerza del embutido es menor.
Ilustración 15 - Embutido inverso
Embutido de formas no cilíndricas Muchos productos requieren el embutido de formas no cilíndricas. La variedad de formas embutidas incluyen formas cuadradas, cajas rectangulares (lavados),
Embutido sin sujetador La función principal del sujetador consiste en prevenir el arrugado de la brida mientras se embute la parte. La tendencia al arrugamiento se reduce al aumentar la relación entre el espesor y el diámetro de la forma inicial. Si la relación es lo suficientemente grande se puede alcanzar el embutido sin necesidad de un sujetador. El dado de embutido debe tener forma de embudo o cono para permitir que el material a embutir se ajuste a la cavidad del dado. La ventaja del embutido sin un sujetador, cuando éste es posible, es un costo más bajo de las herramientas y el uso de una prensa más simple porque se evita la necesidad de un control separado de los movimientos del sujetador y del punzón.
Ilustración 16 - Embutido sin sujetador
Troqueles compuestos Los troqueles compuestos son esencialmente dos o más herramientas construidas una dentro de la otra. A diferencia de los troqueles progresivos, en donde las partes troqueladas terminadas caen del área de corte, un troquel compuesto siempre es un tipo de troquel de retorno a la red. Debido a que no hay un lugar adonde pueda ir la parte terminada durante la operación del troquel compuesto, la parte debe ser empujada de regreso a la red de desechos, para que luego pueda ser transportada fuera de la herramienta y extraída posteriormente de una u otra forma en la operación de troquelado. Esta necesidad de un proceso de extracción de partes separado, es una de las desventajas del sistema de troquel compuesto.
Ventajas La primera y principal es la alta e insuperable precisión mecánica de un proceso de paso único. Las ubicaciones relativas del orificio perforado, las muescas, y los cortes perimetrales son extraordinariamente repetibles y tan precisas como lo permita la habilidad de su troquelador. Utilizando las mejores prensas de bastidor abierto registradas ópticamente, por ejemplo, uno puede contar con una precisión de 0,1 mm en registros de corte a impresión, lo cual es muy importante para las partes complejas. Una segunda ventaja de un sistema de troquel compuesto es su capacidad de producción. Debido a que todas las características internas y de perímetro de la parte son creadas en un ciclo, no hay pérdida de ciclos. Esto significa que si una banda debe crear 10 partes, estas 10 partes serán creadas en 10 golpes de la prensa.
Desventajas Los troqueles compuestos típicamente tienen muchas partes móviles adicionales, tales como dispositivos expulsores y extractores, y requieren un trabajo de la máquina de muy alta tolerancia para ser creados. Por esa razón, los troqueles compuestos típicamente tienen un costo 2 veces y ½ superior al de los troqueles de remoción estándar (es decir, un costo adicional de 150%), y si una aplicación no requiere el tipo de precisión que puede brindar un troquel compuesto, generalmente no puede justificarse su costo. Los sistemas extractores requeridos , necesarios para la extracción
de partes, también implican un aumento de los costos, tanto para el mecanismo de extracción como para el tiempo que lleva realizar el paso de extracción de la operación.
Troqueles progresivos Dos o más herramientas están construidas lado a lada en un alojamiento físico, puede ser utilizado en lugar de troqueles separados. Con el troquel progresivo, a medida que el material realiza su ciclo a través de la prensa, se crean diferentes características en diferentes estaciones, durante el ciclo de la herramienta. En la configuración del troquel progresivo, debe considerarse cuidadosamente la progresión de la herramienta. La progresión de la herramienta se define por el espacio centro-a-centro entre dos estaciones en una herramienta, y la herramienta está construida conforme a las especificaciones de la progresión de la parte. La herramienta debe ser fabricada en forma precisa para adaptarse a esta progresión, y las ilustraciones deben estar adecuadamente impresas para permitir este ajuste.
Ventajas Para formas simples, los troqueles progresivos tienen un costo moderado, quizás sólo un 50% más que una herramienta de remoción común para esa aplicación. Los troqueles progresivos pueden ser utilizados en forma flexible, de forma tal que uno puede optar por utilizarlos sólo como herramienta de remoción si una aplicación no requiere muescas o perforaciones. O, se podrían diseñar las alturas de los diferentes elementos de las herramientas, para que los ajustes en la altura de cierre de la prensa den como resultado la presencia o ausencia de algunas características de troquelado en la parte terminada. Debido a que uno puede modificar potencialmente la penetración de una herramienta de formas infinitas, esto significa que la herramienta puede ser tan versátil como lo permita la previsión realizada en su diseño. Esto significa que por un aumento de costo incremental, puede construirse una herramienta que sea lo suficientemente flexible para permitir una amplia gama de aplicaciones.
Desventajas El registro puede ser problemático ya que la impresión debe adecuarse en forma absoluta a las dimensiones de la herramienta, o se presentarán errores de posicionamiento entre estaciones, que darán como resultado partes defectuosas. Si la impresión no se ajusta a la progresión de la herramienta, según las especificaciones, uno debe elegir entre colocar el material para obtener tolerancias correctas en la remoción a lo largo del perímetro externo, o colocar las características internas en la posición correcta con la remoción fuera de lugar. Si existen problemas de registro de corte a impresión, lo mejor que puede hacer un troquel progresivo que corta en dos estaciones es crear los errores dos veces. Por ello, un sistema de troquel progresivo nunca puede equiparar la precisión de un sistema de herramientas que sólo tiene que posicionar el material una vez. Otro problema inherente es la capacidad de producción de este tipo de herramienta, ya que un sistema de troquel progresivo significa que siempre hay por lo menos un ciclo de prensa extra para completar una parte. Por ejemplo, si uno tiene una banda con 10 partes dibujadas sobre ella, la herramienta necesitará realizar el ciclo 11 veces para hacer las partes. Esto significa que para cada 10 partes realizadas se está perdiendo el 10% de la capacidad de producción de la máquina. O, si hubiera cinco partes por banda, la pérdida sería del 20% de la capacidad de producción de la máquina, y así sucesivamente, de acuerdo con el tamaño relativo de la máquina y de las partes. Para las plantas que están operando a un límite cercano a su capacidad, este factor de costo puede hacer que otros tipos de herramientas para partes complejas sean más económicas, aún si tienen costos iniciales superiores.
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