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16/12/2013
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UD1.2. CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA
1.2.1 Procesos de conformación de chapa
1.2.1.1 Introducción
1.2.1.2. Preparación de la chapa inicial
1.2.2. Materiales para conformación en frío
1.2.3. Tecnología de las principales operaciones
1.2.1.1 Ventajas de la conformación de chapa
1.2.3.1 Operaciones en chapa
1.2.3.2 Equipos y máquinas utilizados en chapa
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1.2.1 Conformación por deformación plástica
Procesos de Conformación de chapa
Las piezas de chapa metálica se utilizan en la
fabricación de muchos aparatos de uso
común, desde electrodomésticos y juguetes
hasta componentes de automoción o de
aeronáutica.
Este ancho abanico de aplicaciones se ha
desarrollado gracias a las ventajas que
presenta la aplicación de las piezas de chapa.
INTRODUCCIÓN
Ejemplos en chapa. Fuente:internet.
Autor: desconocido.
Fig. 1.2.1
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Económicas: el coste de fabricación se reduce si se producen grandes series
Tecnológicas: las características mecánicas de las piezas obtenidas es uniforme y el proceso en frío no altera las propiedades de la chapa. Se obtienen piezas lijeras y sólidas.
Acabados: los procesos de conformación en frío de chapa permiten obtener buenos acabados superficiales sin operaciones posteriores.
VENTAJAS DE CONFORMACIÓN DE CHAPA
1.2.1 Conformación por deformación plástica
Procesos de Conformación de chapa
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PREPARACIÓN DE LA CHAPA INICIAL
Si nos centramos en los procesos de conformación en frío de piezas
de chapa metálica, lo primero sería analizar los posibles estados
iniciales de los materiales.
Sabemos que el acabado superficial y la exactitud del material en
piezas conformadas en frío es mejor que en los trabajos en caliente;
1.2.1 Conformación por deformación plástica
Procesos de Conformación de chapa
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Aún así, a veces es necesario preparar la chapa de partida con
algún tratamiento especial:
Primero, procederemos a un decapado (inmersión en ácido y
aclarado en agua) para eliminar restos de óxido que provocarían la
abrasión y desperfectos en matrices o rodillos.
En segundo lugar, y para asegurar unas tolerancias dimensionales
correctas, partiremos de una chapa de grosor uniforme y lisa, cosa
que a menudo se consigue mediante una laminación previa o
aplanado.
1.2.1 Conformación por deformación plástica
Procesos de Conformación de chapa
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Finalmente, y si la deformación que debemos realizar es
importante, debemos asegurar la ductilidad del material mediante
un recocido (calentamiento del material y un posterior enfriamiento
lento). En caso de deformaciones consecutivas, es necesario a
menudo un recocido entre etapas para eliminar la acritud y adecuar
la ductilidad.
1.2.1 Conformación por deformación plástica
Procesos de Conformación de chapa
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Para obtener los mejores resultados en la conformación, las chapas
de material tienen que cumplir las siguientes condiciones:
• Superficie sin marcas ni defectos
• Espesor uniforme
• Material maleable (fácilmente moldeable en forma de láminas)
1.2.1 Conformación por deformación plástica
Procesos de Conformación de chapa
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Matriceria. Materiales para la Conformación en frío
MATERIALES PARA LA CONFORMACIÓN EN FRÍO
Los materiales más
utilizados para la
confirmación en frío
debido a sus
propiedades son:
aceros, aluminios y
aleaciones y latón.
MATERIALES ADECUADOS PARA TRABAJO EN FRÍO
MATERIALES
RESISTÈNCIA A
LA TRACCIÓN
Kg / mm2
RESIST.
CIZALLADURA
Kg / mm2
PESO
ESP.
laminat recuit laminat recuit
acero 0,1 % C 40 31 32 25 7,8-7,9
acero 0,2 % C 50 40 40 32 7,8-7,9
acero 0,3 % C 60 44 48 35 7,8-7,9
inoxidable 75 65 60 52 7,8-7,9
al silicio 70 56 56 45 7,8-7,9
Aluminio 16-18 7,5-9 13-15 6-7 2,7
Alpaca laminada 56-58 35-45 45-46 28-36 8,3-8,45
Bronce 50-75 40-50 40-60 32-40 8,4-8,9
Zinc 25 15 20 12 7,1-7,2
Cobre 31-37 22-27 25-30 18-22 8,9-9
Duraluminio 38-45 16-20 30-36 13-16 2,8
Estaño - 4-5 - 3-4 7,4
Latón 44-50 28-37 35-40 22-30 8,5-8,6
Plata laminada 29 29 23,5 23,5 10,5
Plomo - 2,5-4 - 2-3 11,4
tabla extraida de Tecnología mecànica. JM Lasheras. 1.2.2 Conformación por deformación plástica
Tab. 1.2.1
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Los aceros más adecuados son los extradulces tipo F-1110 y aceros
con un porcentaje de silicio inferior al 15%. En piezas de deformación
profunda es necesario el recocido entre 550º i 700ºC.
Las aleaciones de aluminio más utilizados en la fabricación de piezas
conformadas en frío son los de magnesio: L-331, L-332 i L-333
especialmente por su resistencia a la corrosión. También es usual el
duraluminio: L-311. Las deformaciones profundas en diversas fases
requieren recocidos que oscilan entre 240º i 480ºC.
La chapa de latón más adecuada para embutición tiene un
porcentaje de cobre entre 65% i el 68%. Los recocidos oscilan entre
500º i 575ºC.
1.2.2 Conformación por deformación plástica
Materiales para la Conformación en frío
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TECNOLOGÍA DE LA PRINCIPALES OPERACIONES
Las deformaciones básicas que se pueden realizar sobre la base de una chapa metálica determinan los procesos y los útiles para la obtención de piezas.
Tecnología de las principales operaciones
1.2.3 Conformación por deformación plástica
En este sentido, entendemos por deformación toda operación mediante matriz o útil que consiga transformar una chapa plana en una pieza de geometría propia.
Fig. 1.2.2
Piezas en chapa © foto:JM.Casals. All rights reserved.
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OPERACIONES EN CHAPA
Las principales operaciones en chapa son:
corte (troquelado o punzonado)
doblado
embutición
engrapado
bordonado
enrollado
repulsado
extrusionado
estampado
perfilado
Detallaremos estas operaciones en el apartado siguiente.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
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Debemos mencionar que gran parte de las piezas obtenidas de las
operaciones por deformación de chapa tales como el corte, el
plegado, el embutido,... y sus combinaciones, se realizan con
matrices accionadas mediante prensas, y que estas operaciones
serán objeto de estudio del diseño de utillajes para la transformación
de la chapa, en los próximos apartados.
Aún así, existe toda una gamma de máquinas que se han
desarrollado para funciones específicas; por lo que procederemos,
en este apartado, a establecer una relación de los equipos de
transformación de chapa excluyendo los que hagan referencia a los
utillajes de matriceria.
OPERACIONES EN CHAPA
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
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EQUIPOS Y MÁQUINAS UTILIZADAS
En una primera clasificación, podemos diferenciar entre aquellos
procesos que parten de recortes, es decir,de la preforma recortada
de la chapa
o bien los que utilizan banda de chapa en continuo.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.4
Proceso en banda contínua © foto:JM.Casals.
All rights reserved.
Fig. 1.2.3
Proceso en base recorte © foto:JM.Casals.
All rights reserved.
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Según esta clasificación, la mayor parte de equipos están
destinados al trabajo sobre preformas mientras que los utillajes de
matriceria tienen sentido especialmente en el trabajo en continuo.
Aún así, encontraremos útiles aplicados a la transformación de
preformas, especialmente en embutición y estampación, y también
en algunas líneas industriales pensadas para alta productividad sin
matrices, como será el caso del perfilado.
Vemos, a continuación, algunos de estos equipos: plegadoras,
cizallas, curvadoras , perfiladoras, corte por láser, hidroconformado,
conformado electromagnético, “dieless forming”, punzonadoras,
etc..
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
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Plegadoras
En realidad, son una variación constructiva de las prensas para
realizar plegados de gran longitud con “matrices” ( útiles o reglas
de doblado) lineales. El espesor del material (chapas) a trabajar
puede variar desde 0,5 a 20 mm y su longitud desde unos
centímetros hasta más de 6 metros, aunque esta longitud puede
aumentarse si se colocan unidas varias máquinas.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.5
Dobladora © Agranjo . CC BY-SA_3.0
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www.youtube.com/watch?v=3Mu2SRo0Tg0
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.6
Tipos de plegadoras © fuente:internet
Autor: desconocido
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Cizalla de guillotina para metal
Similares a las plegadoras,
substituyen las matrices lineales
por cuchillas que trabajan a modo
de guillotina. Además, llevan un
pisador para sujetar la chapa
durante el corte. Pueden cortar
hasta unos 20 mm de acero.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.7
Mechanical shear, Cincinnati 4310 © Rick.neff . CC BY-
SA_3.0
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Perfiladoras
Son máquinas compuestas de una serie
de rodillos con unos canales o ranuras
que encajan para dar la forma de un
perfil determinado a una chapa plana
continua. Cada par de cilindros tiene un
perfil diferente, y a medida que la chapa
avanza en cada fase va deformándose
para conseguir el perfil final. El avance
de la chapa se logra por el rozamiento
con los cilindros que giran los de la serie
superior en sentido contrario de los de la
serie inferior y se accionan mediante un
motor eléctrico.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.8
Esquema de perfiladora . fuente:
http://www.youtube.com/watch?v=k6iODHla6qY
Representación esquemática del perfilado
de chapa © PGC. CC-BY-SA-3.0
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Perfiladoras
El avance de la chapa se logra por el rozamiento con los cilindros
que giran los de la serie superior en sentido contrario de los de la
serie inferior y se accionan mediante un motor eléctrico.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.9
Detalles de perfiladora . fuente:
http://www.youtube.com/watch?v=SY8KwAxOBAs
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Corte por láser
Es una técnica empleada para cortar piezas de chapa caracterizada en
que su fuente de energía es un láser que concentra luz en la superficie
de trabajo. Para poder evacuar el material cortado es necesario el
aporte de un gas a presión como por ejemplo oxígeno, nitrógeno o
argón. Es adecuado para el corte previo y para el recorte de material
sobrante pudiendo desarrollar contornos complicados en las piezas.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.10
Ejemplo corte laser . fuente:
http://www.youtube.com/watch?v=7Iojim1E-Yw
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Entre las principales ventajas de este tipo de fabricación de piezas:
no es necesario disponer de
matrices de corte y permite efectuar
ajustes de silueta.
el accionamiento es robotizado
para poder mantener constante la
distancia entre el electrodo y la
superficie exterior de la pieza.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.11
Ejemplo corte laser . fuente:
http://www.youtube.com/watch?v=7Iojim1E-Yw
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Como puntos desfavorables o desventajas
Requiere una alta inversión en
maquinaria y cuanto más conductor
del calor sea el material, mayor
dificultad habrá para cortar.
El láser afecta térmicamente al
metal pero si la graduación es la
correcta no deja rebaba.
Las piezas a trabajar se prefieren opacas y no pulidas porque
reflejan menos. Los espesores más habituales varían entre los 0,5 y 6
mm para acero y aluminio. Los potencias más habituales para este
método oscilan entre 3000 y 5000 W.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.12
Ejemplo corte laser . fuente:
http://www.youtube.com/watch?v=7Iojim1E-Yw
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Hidroconformado ( hydroforming)
Consigue la deformación del metal por la acción de un fluido a presión. En expansiones importantes(>10%) se debe aplicar una fuerza axial además de la presión interna. La prensa tiene que ser capaz de proporcionar la presión axial (fuerza de cierre) que es la presión por el area proyectada de la pieza Ventajas: reducción coste y tiempo no hacen falta soldaduras conformación en frío reducción peso utillajes más simples menos variación de grosor ==> mejor resistencia buenas tolerancias... 1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.13
Hidroconformado de chapa © Veva861 CC-BY-3.0
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En este proceso se posiciona la chapa
sobre una matriz, que sella solamente su
perímetro. A continuación se deforma el
material con una prensa hidráulica
convencional y se introduce líquido a
presión. En ocasiones el material de
partida presenta una preforma
(pretensado) en la dirección opuesta al
impacto de la prensa por medio de una
aplicación de la presión previa al
accionamiento del punzón. De este
modo el material sufre un trabajo de
endurecimiento, muy difícil de conseguir
por otros métodos tradicionales de
embutición profunda. https://www.youtube.com/watch?v=gpYsExL_hUQ
https://www.youtube.com/watch?v=AYY6_CCtnqA&NR=1&feature=endscreen
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.14
Hidroconformado de tubos © Veva861 CC-BY-3.0
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Conformado electromagnètico
Es una tecnología que consiste en impulsar la chapa a deformar contra una
semi matriz para obtener embuticiones complejas y poco profundas mediante
la acción de un campo magnético a velocidades de entre 50 y 350m/s ( se
considera un método de alta velocidad, ya que las velocidades de deformación
en procesos tradicionales es de unos 5m/s ) .
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.15
Ejemplo conformado
electromagnético© fuente:
https://www.youtube.com/watch?
v=5inJ7sDndBI&list=PLC0E916
B9AD874CD4
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Las principales ventajas del conformado electromagnético con respecto
a los procesos convencionales de estampación son:
Cambio en el modo de deformación del material debido a la alta
velocidad de deformación. Los efectos inerciales derivados conducen a:
- Reducción de arrugas
- Mejora de lo límites de deformación
Grandes presiones locales. De lo que se deriva:
- Reducción del springback
- Mejora en la reproducción final de huella o matri
Mejora de costes:
- Reducción del coste del utillaje al necesitar sólo una huella
- No hay contacto entre útil y pieza, por tanto reducción de
desgaste.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
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A pesar de aportar grandes ventajas también presenta una serie de
desventajas:
No resulta muy apropiada para grandes alturas de embutición
El ciclo de vida de las bobinas es limitado
Apropiada para materiales de elevada conductividad eléctrica.
https://www.youtube.com/watch?v=C_5myKEarfg&playnext=1&list=PLC0E916B9AD874CD4
&feature=results_main
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
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Sin matriz: (dieless forming)
Se basa en la técnica de la deformación incremental, y es válida para
series cortas o prototipos que no justifican el coste de una matriz. El
proceso se inicia, directamente, a partir del modelo CAD 3D y se realiza
el modelo CAM sobre material de prototipo.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.16
Ejemplo conformado dieless
forming © fuente: desconocido
Fig. 1.2.17
Ejemplo prototipo para dieless
forming © fuente:
http://www.youtube.com/watch?
NR=1&v=KuR_fnZ9JvI&feature=
endscreen
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Se conforma de forma totalmente automática como resultado de
pequeñas deformaciones que un punzón semiesférico imprime, de
manera sucesiva, sobre zonas localizadas de la chapa. La suma de
todas las deformaciones genera la forma final de la pieza. Se pueden
obtener en una gran variedad de materiales y formatos como acero,
acero inoxidable, aluminio y titanio.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Fig. 1.2.18 Ejemplo procesopara dieless forming © fuente: http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=KuR_fnZ9JvI&feature=endscreen
Ver también fuente: http://www.youtube.com/watch?v=lRm2ifaUrGg
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Punzones de goma: (colchones de goma)
En los procesos convencionales de matriceria,los útiles suelen
fabricarse con materiales resistentes, como aceros y carburos.
En este proceso, conocido también como proceso Guerin, una de las
matrices se elabora con material flexible,
normalmente un bloque de
poliuretano.
Este tipo de estampas de corte se
utilizan cuando se trabaja con diseños
que se modifican continuamente y para
materiales de poca dureza, ya sea
aceros de bajo C, aleaciones ligeras,cobre, etc
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Ejemplo corte con punzón de
goma © fuente: desconocido
Fig. 1.2.19
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En el doblado y repujado de hojas metálicas mediante este proceso ,
la matriz hembra se reemplaza con una placa de caucho o hule. En
la figura anterior tenemos ejemplos con un punzón metálico y con un
soporte flexible que sirve como matriz hembra. Se observa que la
superfície exterior de la hoja se protege del daño o las rayaduras, ya
que no entra en contacto con la superfície metálica dura durante el
conformado. Las presiones utilizadas son del orden de 10MPa.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Ejemplo conformación con
matriz de goma © fuente:
desconocido
Fig. 1.2.20
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En embuticiones profundas y de gran tamaño,
al contrario que en embuticiones ligeras,
para evitar arrugas, la matriz hembra es la
parte rígida y el macho puede ser de
elastómero.
La ventaja principal es que el estado
de tensiones biaxial que recibe la chapa
es más uniforme y permite mayores
profundidades de embutición y
adelgazamientos más uniformes.
Series cortas(<5000p) y bajas cadencias.
1.2.3 Conformación por deformación plástica
Tecnología de las principales operaciones
Ejemplo conformación con
punzón de goma © fuente:
desconocido
Fig. 1.2.21