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1. Fundamentos y Análisis de los procesos de conformado pordeformación plástica.
2. Proceso de Laminación.
3. Proceso de Forja.
4. Proceso de Extrusión.
Conformado por Deformación Plástica
4. Proceso de Extrusión.
5. Proceso de Estirado y Trefilado.
6. Proceso de Conformado de láminas metálicas7. Procesado de Polvos Metálicos.
8. Formado y moldeo de Plásticos y Materiales Composites.
CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
- Fundamentos de Fabricación -
PROFESOR: Luis Miguel Calvo
TEMA 16TEMA 16TEMA 16TEMA 16
Procesos de Conformado de Hojas MetálicasProcesos de Conformado de Hojas MetálicasProcesos de Conformado de Hojas MetálicasProcesos de Conformado de Hojas Metálicas
ÍNDICE
1) Introducción.
2) Doblado.
3) Embutición.3) Embutición.
4) Corte (cizallado, punzonado y perforado).
5) Hidroformado.
6) Recalado.
1.- INTRODUCCIÓNLa chapa es una lámina metálica con un espesor comprendido entre
0,4 y 6 mm, aunque dicho espesor puede ser incluso de milésimas
de milímetro.
Hay un gran número de sectores dedicados total o parcialmente a la
producción de piezas o conjuntos de piezas de chapa, como
automoción, aeronáutica, consumo, etc.
Los procesos de conformado de chapa, atendiendo a la operaciónLos procesos de conformado de chapa, atendiendo a la operación
realizada, pueden clasificarse en:
•Doblado.
•Embutición.
•Corte.
Los dos primeros transforman chapas en piezas con forma, mientras
que el último solo secciona o corta parte de piezas.
2.- DOBLADOConsiste en deformar una pieza, produciéndole la fluencia en la
zona de conformación mediante un momento que provoca la
flexión por acción de fuerzas de tracción y compresión o un
momento de doblado.
En el proceso de doblado, la parte exterior sufre un estiramiento de
material, mientras que la parte interior de la pieza doblada se
comprime o recala.comprime o recala.
La zona central de la pieza no varia su longitud, denominándose
fibra neutra.
El alargamiento y/o recalado de las fibras es tanto mayor cuanto
menor es el radio de curvatura en relación con el espesor.
Cuando se pliega una chapa, hay que tener en cuenta las holguras
para obtener la longitud deseada. La holgura de doblado Ld viene
dada por la expresión.
Ld = α (R+K * δ)
Siendo α= el ángulo de doblado
R= radio de doblado
δ= espesor de la chapa
K= constanteK= constante
el valor de k es de 0,33 si R<2δ
0,5 si R>2δ
Siendo la longitud total de la fibra.
L = La +Lb + Ld
Donde La y Lb son las longitudes de la fibra sin deformar.
hay que tener en cuenta también el radio mínimo de doblado
Rmin que es el máximo que se puede doblar una chapa antes
de que se agriete.
El Rmin depende las propiedades del material, su ductilidad, laEl Rmin depende las propiedades del material, su ductilidad, la
longitud de doblado, el espesor de la chapa, el ángulo de doblado,
la orientación del doblado, etc..
Como norma general, siendo Z la estricción del material en un
ensayo de tracción expresado en %.
si Z<0,2 Rmin=δ((1/2Z) – 1)
si Z>0,2 Rmin=δ((1-Z)2 / (2Z–Z2))
Hay que tener en cuenta también el fenómeno de recuperación
elástica (springback) de la zona de doblado que se produce cuando
el punzón deja de actuar y que hace que el material tienda a
recuperar su posición inicial.
En la recuperación elástica depende notablemente el material a
doblar, de su tensión de fluencia (Y) y de su módulo de Young (E).
Siendo la recuperación elástica o restitución:
La fuerza para el doblado depende del material a doblar y de la
forma tanto del punzón como la de la estampa,
Fd = K . δ2 . w . σ
Donde
K constante que toma el valor 1,33 para doblado en forma y
0,33 para bordes.
δ espesor de la chapa.
w ancho de la pieza.w ancho de la pieza.
σ resistencia a tensión del material.
El doblado puede ser de varios tipos:
•Sin Estampa (a y b), en la que la pieza se dobla por la acción del
punzón sobre la pieza que no presiona la pieza contra otro
elemento.
•Arrollado (c), el punzón obliga al material a arrollarse en el interior
de la matriz.
•Doblado por pandeo (d), en el que la pieza se dobla por la fuerza
ejercida al sujetar sus extremos.ejercida al sujetar sus extremos.
•Doblado en U (e), por efecto de presionar con el punzón sobre una
matriz con espacio suficiente.
e
•Con Estampa, en este caso la chapa de material se conforma
sometiéndola a presión entre dos formas..
•Perfilado por laminación, operación de redondeado por curvado
sobre cilindros, para obtener piezas cilíndricas cónicas a partir de
chapas planas.
3.- EMBUTICIONConsiste en transformar n trozo de chapa sometiéndolo a esfuerzos
de compresión y tracción para obtener una pieza hueca.
Con este sistema se pueden fabricar numerosas piezas como ollas,
casquetes, latas de refresco, etc.
La pieza bruta para embutir suele ser un disco para piezas circulares
y una pieza poligonal si va a tener esquinas.
El proceso deforma notablemente la pieza, por lo que las chapasEl proceso deforma notablemente la pieza, por lo que las chapas
deben tener una elevada capacidad de deformación.
Siendo Db el diámetro del disco y Dp el diámetro del punzón.
Tanto el punzón como la matriz deben tener las esquinas
redondeadas con radios Rp y Rd para evitar que en vez de deformar
la pieza la corten.
Entre punzón y matriz debe haber una holgura (c).de entre el 10 y el
20% del espesor de la pieza.
El proceso de embutición sigue la siguiente secuencia.
Inicialmente el material se mueve, por acción
del punzón, hacia el centro. Produciéndose el
doblado de la pieza.
Posteriormente y por acción de la fuerza que
sujeta al disco, se produce un enderezado delsujeta al disco, se produce un enderezado del
material con una gran fricción.
En esta etapa se produce compresión del
material situado entre el pisador y la matriz.
Como hay conservación de volumen,
conforme el material fluye hacia el
centro su perímetro es menor.
La fuerza que ejerce el pisador sobre el disco va a ser crítico en el
proceso. Si es muy pequeña la pieza se arruga y si es muy grande el
metal no puede fluir correctamente dando lugar a desgarros.
La fuerza necesaria para la operación de punzonado depende de un
gran número de factores, pero se ha podido determinar (Kalpakjian,
2006) que la fuerza máxima se puede estimar como:
Donde F es la fuerza del punzon, t el espesor en mm, S la resistencia
a la tensión, Db y Dp son los diámetros iniciales del disco y del
punzón, y el 0,7 un factor de corrección de fricción.
Fh es la fuerza del pisador y Rm el radio de la matiz.
Como norma general Fm = F/3
La reembutición es una operación que tiene por objeto aumentar la
longitud total de la pieza a costa de reducir el diámetro exterior de
la pieza inicialmente embutida.
Las paredes permanecen prácticamente constantes y se mantiene el
espesor del fondo de la misma casi igual al del disco de partida.
Esquemáticamente el proceso de reembutición es:
Parámetros importantes:Parámetros importantes:
•Diámetro de la copa origen.
•Diámetro de la matriz.
•Espesor de la pieza.
•Angulo de entrada de la matriz.
•Diámetro del punzón.
•Radio de borde del punzón.
Esquemáticamente se puede ver el proceso en la siguiente figura,
donde se puede observar como la conservación de material hace
que la pieza final obtenida sea más estrecha y larga que la inicial.
Las variables a tener en cuenta son:
•El estado y dureza del material.
•La relación de Diámetros de la pieza
antes y después del proceso.antes y después del proceso.
•La reducción de espesor de la pieza.
•Angulo de entrada de la matriz.
•El radio del borde del punzón.
•La fricción y lubricación.
•La velocidad del punzón.
Consiguiéndose en varias etapas piezas con grandes profundidades.
La distribución de esfuerzos se basan en la aplicación de una fuerza
Fe de estirado sobre el fondo de la pieza a través del punzón.
Se producen dos esfuerzos, uno normal y otro longitudinal.
El esfuerzo normal reduce la sección circular y contrae las paredes.
El esfuerzo longitudinal obliga a pasar el material entre la matriz y el
punzón.
Una vez comenzado el proceso es en esta sección entre el punzón y
matriz donde se concentran los esfuerzos sobre la pieza.
Habrá que tener en cuenta la anisotropia, que es la variación de las
propiedades del material con la dirección de los esfuerzos.
El ratio límite de embutición (LDR – Limit Dsrawing ratio) que es la
relación entre el diámetro máximo de la pieza inicial (D0) y el
diámetro del punzón (Dp).
(a) Una sola embutición (b) múltiples embuticiones
El ratio límite de embutición (LDR – Limit Dsrawing ratio) que es laEl ratio límite de embutición (LDR – Limit Dsrawing ratio) que es la
relación entre el diámetro máximo de la pieza inicial (D0) y el
diámetro del punzón (Dp).
Defectos.
El proceso de embutición es bastante complicado e influyen
numerosas variables, lo que provoca que puedan aparecer
numerosos defectos, como
Arrugamientos o pliegues en la superficie, debidas a esfuerzos de
compresión excesivos o escaso agarre de la plancha metálica.
Desgarros, debidos a los altos esfuerzos de tensión que se
alcanzan en la parte inferior de la pieza y al adelgazamiento que se
produce en dicha zona.
Rayado superficial, se producen si el punzón o el dado no son lisos
o la lubricación es insuficiente.
Formación de orejas, la formación de irregularidades en el borde
superior de la pieza embutida.
4.- CORTE
Se realiza por la acción de una cizalla entre dos bordes afilados.
Tiene 4 fases;
(1) Aproximació.
(2) El punzon comienza a
comprimir la chapa (def.
plástica).
(3) El punzón penetra en la(3) El punzón penetra en la
pieza formando una
superficie lisa de corte.
(4) Fractura de los bordes
de corte opuestos.
Forma característica del borde de
una pieza.
La holgura puede definirse como la distancia entre el punzón y la
matriz. Típicamente esta entre el 4 y el 8% del espesor t.
Si la holgura es demasiado pequeña aumenta la fuerza y se produce
un doble bruñido. Si es demasiado grande, os bordes pellizcan el
material y el tamaño de la rebaba que aparece aumenta.
El calculo de la holgura depende de que parte se quiera aprovechar,
si la pieza es la parte que se recorta (punzonado), entonces:
Db diámetro de la matriz y Db – 2c diámetro del punzón.
Si la parte de la pieza que interesa es el agujero,
Db diámetro del punzón y Db + 2c diámetro de la matriz.
A demás para facilitar la retirada de las piezas o recortes hay que
prever una holgura angular entre 0,25º y 1,5º en el lado del agujeroprever una holgura angular entre 0,25º y 1,5º en el lado del agujero
o abertura de la matriz.
Dentro del cizallado se pueden diferenciar los siguientes procesos:
Troquelado: es un corte, de línea cerrada, para extraer la zona
interior como pieza válida, desechando el contorno exterior.
El punzonado: similar al troquelado, pero en este caso la pieza se
obtiene mediante pequeños agujeros a lo largo de todo su
contorno.
Dentro del cizallado se pueden diferenciar los siguientes procesos:
El perforado es la operación inversa al punzonado: los trozos que se
retiran son los interiores, constituyendo el resto la pieza.
Cizallado: es una cuchilla con filo rectilíneo, usada para producir
largos cortes o reducir grandes láminas a piezas más manejables. El largos cortes o reducir grandes láminas a piezas más manejables. El
filo suele estar ligeramente sesgado para reducir la fuerza
instantánea de corte.
La fuerza necesaria para el corte, puede calcularse como:
F = Sc t l
Siendo Sc resistencia al corte de la chapa, t el espesor y l longitud.
Si se tiene en cuenta la resistencia a la tracción S,
F = 0,7 S t lF = 0,7 S t l
En la que se estima la fuerza como si el corte entero se hiciese al
mismo tiempo a lo largo de todo el borde.
5.- HIDROFORMADOMétodo para la fabricación de geometrías complejas de material
tubular o chapas por medio de la presión del agua.
Este método puede:
- disminuir los tiempos de desarrollo,
- reducir el número de pasos de operación
- alcanzar una alta precisión en las piezas.
Muy usado en la industria del automóvil debido a las ventajas queMuy usado en la industria del automóvil debido a las ventajas que
ofrece el conformado de tubos utilizando la presión de un líquido
dentro de una matriz cerrada. Las principales ventajas que presenta
esta tecnología son:
- mejoras en la resistencia y rigidez de las piezas
- peso reducido
- consolidación de los pasos múltiples de fabricación
- menos operaciones de ensamblaje
- alto nivel de reproducción
Como ventajas tiene;
-proporciona flexibilidad (simplificación de utillajes)
- mejora de condiciones de proceso (esencialmente reducción de
fuerzas de fricción)
- mejor precisión y mejoras en las tensiones residuales
-obtención por deformación de piezas imposibles de producir hasta
hoy por los procedimientos convencionales
hidroconformado de tubos (Tube hydroforming, THF), consiste enhidroconformado de tubos (Tube hydroforming, THF), consiste en
el conformado de un tubo de acero contra las paredes de una
matriz, mediante la introducción de un fluido a presión.
El tubo altera su forma durante el proceso permitiendo diferentes
cambios de sección a lo largo de su longitud, obteniéndose;
• formas suaves.
• proporciona una mayor rigidez que en piezas estampadas
• facilita las posteriores operaciones en cualquier parte de la pieza.
Proceso en 4 etapas;
•Carga de la pieza (1).
•Cierre de estampas (2).
•Fijación mediante punzones de sellado (3).
•Aplicación de presión (4) e hidroformado.
Hidroconformado de chapa (Sheet Hydroforming, SHF), método
empleado para la deformación de placas simples o dobles usando
para ello un medio fluido.
Una gran ventaja de estos métodos es la flexibilidad en cuanto al
cambio de herramientas que se produce rápidamente y permiten
realizar la embutición, el recorte y el calibrado.
Técnica de fabricación para construcciones ligeras (aluminio,
aleaciones de magnesio, etc.). Estos materiales tienen normalmentealeaciones de magnesio, etc.). Estos materiales tienen normalmente
unas capacidades de conformabilidad menores que las que poseen
los aceros, pero el hidroconformado permite controlar las
tensiones, deformaciones y la temperatura en la pieza para
incrementar los límites de conformabilidad.
El proceso para el hidroconformado de chapas es similar al de
tubos.
Etapas;
a. Situar la chapa en la matriz
b. Cierrar la prensa y presiona para colocar bien la chapa.
c. Aplicación de presión de conformado.
d. La chapa se retira de la prensa.
Hidroconformado por explosión, en el que se emplea una carga
explosiva para generar la presión. Tiene como ventaja:
• permite trabajar con chapas de gran tamaño.
• utilizar espesores de chapa elevados (> 10 mm en el caso de Ni).
• se pueden producir formas elaboradas (reduciendo las
operaciones tales como soldadura y tratamiento térmico).
• productos con una elevada resistencia mecánica y dimensiones
muy precisas.
Aplicaciones, en la industria del automóvil se fabrican marcos de
suspensión, estructuras de carrocería, componentes del tren de
potencia, tubos de escape, etc.
También se fabrican piezas para generación de energía, fontanería,
instrumentos musicales, médico – quirúrgico, armamento,
deportivo, etc., (elementos de puertas, patas de mesa, grifos,
mangos para instrumentos médicos, mesas y sillas, miras de rifle,
marcos de bicicletas, etc.).marcos de bicicletas, etc.).
El hidroconformado permite la reducción del número de pasos de
procesamiento para producir formas interesantes y estéticamente
agradables.
6.- RECALADO
Consiste en formar una hoja metálica deformándola contra un
mandril
Proceso de conformación de chapa muy indicado para piezas de
revolución, en el que la lámina se aprisiona entre un molde con la
forma elegida y un pisador. El conjunto gira mientras un rodillo de
formado aplica presión muy localizada sobre la chapa. Conforme
el rodillo se desplaza siguiendo una generatriz del molde, la chapa
adopta la forma.
