TRATADO DE MATRICERA

Antonio Florit

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Aunque se han tomado todas las precauciones necesarias para asegurar la exactitud de las infor-maciones proporcionadas en este libro, ni el autor ni el editor pueden ser considerados responsablesde las consecuencias derivadas de informaciones incorrectas o mal presentadas, as como tampocode omisiones o errores que se hubieran podido producir en la realizacin de este libro.

No se permite la reproduccin total o parcial de este libro, ni el registro en un sistema informtico,ni la transmisin bajo cualquier forma o a travs de cualquier medio, ya sea electrnico, mecnico,por fotocopia, por grabacin o por otros mtodos, sin el permiso previo y por escrito de los titularesdel copyright.

Diseo de cubierta y maquetacin de la obra: TECNOFISIS GLOBAL, S.L.Imagen de portada y contraportada: Quantech ATZ

DERECHOS RESERVADOS: de la obra: Antonio Florit Sans 2008 para la presente edicin en espaol: TECNOFISIS GLOBAL, S.L. C/ Arquitecto Calzada, 1, 3 1 (08940) Cornell del Llobregat, Barcelonawww.tecnofisis.comemail: tecnofisis@tecnofisis.com

ISBN: 978-84-612-688-7Depsito Legal: Z-3778-2008

Impresin: INO REPRODUCCIONES, ZaragozaImpreso en Espaa Printed in Spain

1 Matricera

2 Fundamentos de corte

3 Caractersticas constructivas de las matrices de corte

4 Procedimientos de conformado de la chapa

5 Doblado

6 Embuticin

7 Materiales de construccin de los tiles de conformado y su tratamiento

8 Repulsado

11

80

148

264

268

394

580

604

Sumario

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Es para m una gran satisfaccin el poder ofrecerles este Tratado de Matricera, cuya ini-ciativa surgi en un intento de paliar la falta de recursos didcticos y de contenidos tcnicosactualizados en lo que a esta rama de la Mecnica se refiere.

Debo reconocer no obstante que, cuando uno decide emprender un proyecto de estaenvergadura, quizs no es totalmente consciente de la enorme labor que representa la reco-pilacin y la seleccin de material, as como el ensayo de los numerosos ejercicios que en laobra se exponen a modo de ilustracin o demostracin. Desde un principio y en este aspecto,cabe decir que mi trabajo se vi alentado por el apoyo de numerosas personas y entidades afi-nes a la profesin que, conocedoras del vaco en cuanto a informacin tcnica actualizada serefiere, me animaron en todo momento a continuar, aportando ideas y depositando en m y enmi proyecto su mxima confianza, tanto personal como profesionalmente.

La preparacin de este libro, pensado como una obra de consulta para empresarios delsector y profesionales de industrias afines, profesores tcnicos de Formacin Profesional, pro-yectistas, mandos intermedios, oficiales ajustadores y aprendices matriceros, y tambin comoun recurso valioso para el aprendizaje de los estudiantes de Formacin Profesional, ha sido lle-vada a cabo contando con las ltimas innovaciones tecnolgicas en cuanto a los procesos dedeformacin de la chapa se refiere. De ese modo, sus contenidos han sido desarrollados desdeuna perspectiva completamente renovada y con una exposicin minuciosa de las nuevas tc-nicas de diseo, construccin y fabricacin ms avanzadas, teniendo en cuenta el uso de nue-vos materiales y la aplicacin de recubrimientos de mejores prestaciones, as como el empleode novedosos sistemas y elementos normalizados. Todo ello sin perder de vista los procedi-mientos de trabajo convencionales, no menos rigurosos e importantes, y an insustitubles ennumerosos procesos productivos.

Ahora, con la ilusin que supone sacar a la luz una nuevo ttulo y con la conviccin msabsoluta de su razn de ser, quisiera invitar desde estas lneas a la lectura y prctica de estaobra, especialmente a los nuevos aprendices de taller, a los estudiantes de FormacinProfesional y tambin a todos aquellos que quieran adentrarse en este mbito tan interesan-te como competitivo, y que tanta proyeccin de futuro ofrece, para que dentro de un tiempopodamos hablar de nuevos valores y mejores profesionales del oficio.

El autor

Presentacin

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Tratado de Matricera394

6.1 Definicin y descripcin del proceso de embuticin

Generalidades

La embuticin es un proceso de matricera que consiste en la fabricacin de piezas reci-pientes por la deformacin en fro de una chapa plana o formato. Esta tcnica de conforma-do solamente es aplicable a los materiales metlicos, y se basa en la plasticidad de dichosmateriales y en su facilidad de fluencia y adaptacin a las formas de los tiles, para conseguirinfinidad de productos de cierta capacidad o volumen.

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

6. Embuticin

La embuticin es un procedimiento

de conformado que aprovecha la

capacidad de fluencia de algunos

materiales metlicos para

conseguir piezas

recipientes a partir

de una chapa

o formato plano.

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to, una vez que ha sido sometida a la deformacinpropia del proceso. En la inmensa mayora de loscasos no ocurre as, pues, como veremos ms ade-lante, los esfuerzos producidos durante el procesohacen que la chapa experimente algunas variacionesrespecto a su espesor inicial.

La embuticin de la chapa se realiza medianteunos utillajes de construccin similar a las matricescorte. La principal diferencia que existe radica en laforma redondeada y perfectamente pulida de lasaristas de los elementos activos, cuya finalidad esfacilitar el deslizamiento del material entre amboselementos.

Los espesores de chapa que se pueden embutiroscilan entre unas pocas dcimas y unos veinte mil-metros, dependiendo, claro est, de la aplicacin quese va a dar a los productos fabricados. Por poner unejemplo, en el sector del automvil se utilizan cha-pas cuyo espesor ronda los 0,8 mm para piezas depanelera. En cambio, en el campo de la calderera resulta, habitual la embuticin de espeso-res superiores a los 5 mm. En cualquier caso, y dada la multitud de productos que puedenfabricarse mediante este procedimiento, la embuticin es considerada como uno de los proce-sos ms importantes dentro del mbito de la deformacin en fro de la chapa.

Embuticin 395

Diversas piezas embutidas.

Punzn y matriz de un utillaje de embuticin.

La prctica de unos radios adecuados y

convenientemente pulidos en los elementos

activos del til facilitan el deslizamiento

suave de la chapa entre dichos elementos.

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Descripcin de los procesos de embuticin

El desarrollo de un procedimiento de embuticin presenta la mayora de las veces unaserie de dificultades aadidas respecto a otros procesos, porque la deformacin sufrida por lachapa en el transcurso de la operacin supone grandes desplamientos moleculares en elmaterial conformado. Los esfuerzos de estiramiento y de compresin de la chapa en las zonascrticas de una embuticin son mucho ms acusados que en otros procesos, dando lugar, ennumerosas ocasiones, a la formacin de arrugas, pliegues y roturas.

El uso de pisadores o sujetachapas en los procesos de embuticin disminuye o elimina losproblemas derivados de tales deformaciones, aunque, en algunos casos, el conformado de lachapa puede realizarse sin la ayuda de estos elementos. En estas circunstancias, el utillajeest formado nicamente por un punzn y una matriz, aparte de los elementos de base y desujecin de ambos. El proceso de embuticin en el cual no interviene ningn elemento de pisa-do del material se denomina embuticin de simple efecto y, en l, la superficie de la chapapermanece libre hasta que no se produce la embuticin.

Para conocer con anterioridad a la ejecucin de un proyecto de embuticin si resultar via-ble sin llevar a cabo el pisado de la chapa, es suficiente con observar que se cumple la siguien-te relacin:

siendo (d) el dimetro de la pieza embutida obtenido sobre su fibra neutra, y (D) el dime-tro del desarrollo o formato inicial, ambos trminos expresados en mm.

Tratado de Matricera396

Utillajes empleados para

la embuticin de una

misma pieza, sin (izda.)

y con pisado de

la chapa (dcha.).

d

D0,8

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* Con objeto de homologar criterios sobre la determinacin de desarrollos de las piezasembutidas, y para evitar confusiones al respecto, el clculo y la resolucin de los ejerciciosde este tema han sido realizados sobre la fibra neutra (x) de la chapa, tomando como valornico: x = 0,5 e

Del mismo modo, todos los ejemplos expuestos hacen referencia a la embuticin de piezasde revolucin (tanto los textos como las imgenes), salvo excepciones donde se exprese locontrario.

Embuticin sin pisado de la chapa

Los procesos de embuticin de simple efecto o sin pisado de la chapa se llevan a cabomediante tiles de construccin sencilla, que constan nicamente de un punzn y de unamatriz, sujeta sobre una base, para su fijacin a la prensa. El centraje del formato sobre el uti-llaje se realiza con la ayuda de una plantilla o de unos topes, a conveniencia. La embuticinsin pisado de la chapa se sucede segn las siguientes fases (ver pgina 398):

En su posicin de reposo, la parte mvil del utillaje se encuentra en el punto muerto supe-rior (PMS) de la mquina. La chapa a conformar se coloca centrada sobre la matriz, que sehalla sujeta a la mesa de la prensa (SSeeccuueenncciiaa 11).

Cuando la mquina es accionada, el cabezal de la prensa inicia su descenso y el punznentra en contacto con el formato a embutir (SSeeccuueenncciiaa 22).

El avance del cabezal de la mquina contina y, una vez que ha sido vencida la resistenciade la chapa, sta comienza a deslizarse entre el punzn y la matriz. Cuando la parte mvil dela herramienta llegue al punto muerto inferior de su carrera (PMI), la chapa habr adoptado laforma definitiva (SSeeccuueenncciiaa 33).

En su ltima fase, el cabezal de la prensa retorna a su posicin inicial y la pieza queda libe-rada del punzn por el tope de su seccin contra la arista inferior de la vida de la matriz.Cuando la parte mvil alcance el punto muerto superior (PMS), la prensa estar preparadapara realizar un nuevo ciclo (SSeeccuueenncciiaa 44).

Embuticin con pisado de la chapa

Como en otras operaciones de matrizado, la sujecin del material durante el desarrollode un proceso de embuticin juega un papel muy importante en la obtencin de productos deelevada calidad.

Embuticin 397

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Tratado de Matricera398

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

Secuencia 1 Secuencia 2

Secuencia 3 Secuencia 4

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En los procedimientos de embuticin con pisado de la chapa los utillajes estn dotados deun sistema elstico que permite sujetar el material a conformar, mantenindolo inmovilizadoen todo momento. Adems, el uso de un pisador permite el guiado de los punzones en todasu longitud, evitando alineaciones defectuosas a causa de pandeos u holguras. En consecuen-cia, dichos procedimientos son los ms utilizados en el mbito del conformado de la chapa.

Las fases de un proceso de embuticin con pisado de la chapa, son las siguientes (verpgina 4000):

Del mismo modo que ocurre en otras operaciones, una vez montada la matriz en la pren-sa y estando en su posicin de reposo o punto muerto superior (PMS), la chapa a embutir secentra en la matriz, segn los elementos dispuestos a tal efecto (SSeeccuueenncciiaa 11).

Cuando la mquina es accionada, el cabezal comienza su carrera de descenso y el pisadorhace contacto sobre la chapa, cediendo en el momento en que la fuerza de la prensa superala presin ejercida por los elementos elsticos del til (SSeeccuueenncciiaa 22).

La parte mvil del utillaje contina bajando y el punzn inicia la embuticin de la chapa,obligndola a fluir entre ste y la matriz (SSeeccuueenncciiaa 33).

Cuando la prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzn se halla alojado dentrode la matriz y la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva (SSeeccuueenncciiaa 44).

En la ltima fase del proceso, el cabezal de la prensa vuelve a su posicin inicial. En loscasos en que una parte de la superficie de la chapa no deba ser embutida, es liberada por elpisador en el instante inmediato en que el punzn se esconde, por ausencia de presin sobrela parte mvil del utillaje. En tales circunstancias, la evacuacin de las piezas se realiza por laparte superior de la matriz. Si, por el contrario, la superficie del formato debe ser embutidontegramente, el desalojo de las piezas se efecta gracias al agujero practicado a tal efecto enla parte fija del til (SSeeccuueenncciiaa 55).

Al llegar a la posicin de reposo o punto muerto superior (PMS), la prensa est lista parainiciar un nuevo ciclo, previamente retirada la pieza embutida (SSeeccuueenncciiaa 66).

En el mbito de la troquelera pesada, y tambin en el de conformado de piezas de tama-o medio, los procedimientos de embuticin con pisado de la chapa se desarrollan de mododiferente, la concepcin de los troqueles, las fuerzas que actan sobre ellos y el sistema defuncionamiento de las prensas son tambin distintos.

La tcnica consiste en invertir la posicin del til sobre la prensa, y es utilizada bsica-mente en los procesos de embuticin de piezas para el sector del automvil, aunque tambintiene numerosas aplicaciones en otros sectores del conformado de la chapa. De ese modo, lamatriz de embutir se halla situada en la parte superior de la mquina, solidaria con el carro omaza, mientras que el punzn de conformado y el pisador se disponen sobre la mesa, en laparte inferior de la prensa.

Embuticin 399

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Tratado de Matricera400

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

Secuencia 1 Secuencia 2

Secuencia 3 Secuencia 4

Secuencia 5 Secuencia 6

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Considerando el tamao de los formatos, su rea de pisado y la magnitud de los esfuer-zos solicitados para llevar a cabo tal accin, es obvio que el sistema de pisado de la chapa enlos troqueles no puede estar constitudo por simples elementos elsticos. En estos casos, lafuerza necesaria para efectuar el pisado de la chapa se obtiene gracias a uno o varios coji-nes neumticos, que, convenientemente dispuestos bajo la mesa de la prensa y medianteunos pernos de presin, tienen la capacidad de transmitir los esfuerzos requeridos (ver pgina67 del captulo 1).

La ventaja principal de los cojines neumticos reside en su capacidad de regulacin y con-trol, pudindose modificar los valores de los esfuerzos transmitidos, en funcin de las carac-tersticas fsicas del material a conformar y tambin de otros parmetros que intervienen enel proceso. Cabe decir que esta misma ventaja puede suponer un inconveniente, si el procesoloea desarrolla un operario inexperto.

Las fases de un proceso de embuticin llevado a cabo mediante un troquel de estas carac-tersticas son las siguientes:

En su fase inicial, la matriz est sujeta al carro o maza de la prensa, en su posicin de repo-so o punto muerto superior (PMS). El formato a embutir se centra sobre el pisador, cuyo planode trabajo se halla a un nivel ligeramente superior al del punzn de conformado, gracias a laaccin de los pernos de presin (SSeeccuueenncciiaa 11).

Cuando se acciona la prens es accionada, la maza inicia su carrera de descenso y la matrizhace contacto sobre el formato. El pisador comenzar a ceder en el momento en que la fuer-za de la maza supere la presin ejercida por los cojines, inicindose as la embuticin de lachapa (SSeeccuueenncciiaa 22).

Embuticin 401

Troquel de embutir.

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La matriz contina bajando, obligando el material a fluir entre sta y el punzn. Cuandola prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzn se halla alojado dentro de la matrizy la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva. En esta fase, el pisador seencuentra retrado por la presin ejercida sobre l por parte de la matriz (SSeeccuueenncciiaa 33).

En la ltima fase del proceso, el carro de la prensa vuelve a su posicin inicial. Conformela matriz deja de presionar el pisador, ste sube por accin de los pernos de presin. La piezaembutida es extrada del punzn, liberndose completamente en el instante inmediato en queel pisador alcanza el final de su carrera y la matriz deja de hacer contacto sobre el mismo. Alllegar a su punto muerto superior (PMS), la prensa est lista para iniciar un nuevo ciclo, pre-viamente retirada la pieza embutida (SSeeccuueenncciiaa 44).

Tratado de Matricera402

Secuencias de un proceso de embuticin con pisado de la chapa mediante cojn neumtico.

Al no formar parte del utillaje, este ltimo elemento no se halla representado en la figura,

debindo sesuponer su posicin bajo los pernos de presin o candelas.

Secuencia 1 Secuencia 2

Secuencia 3 Secuencia 4

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Otro sistema flotante utilizado entroquelera pesada para el pisado de lachapa, es aqul en que los cojines neu-mticos son sustitudos por cilindros degas. Los cilindros de gas son unos ele-mentos homologados, de cuerpo ciln-drico y hueco, aunque compacto, queconstan de un vstago dotado de unmbolo en uno de sus extremos. En elinterior de los cilindros, se dispone unacarga de gas nitrgeno (N) a una pre-sin determinada por el fabricante, lacual produce una fuerza de reaccinsobre el mbolo de sus vstagos. Estafuerza es aprovechada como elementoelstico o de recuperacin en los siste-mas de pisado de los troqueles.

La secuencia de trabajo de un troquel de embuticin equipado con cilindros de gas en susistema de pisado es idntica a la secuencia de trabajo de un troquel con un sistema flotanteformado por cojines neumticos.

Embuticin 403

Los cilindros de gas se utilizan en troquelera como

elementos elsticos de los sistemas flotantes de pisado para

la transmisin de grandes esfuerzos de carrera larga y

baja cadencia en espacios reducidos.

Cilindros de gas seccionados.

Por cortesa de Normalizados Fibro GmbH.

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Fenmenos producidos en las piezas por la embuticin de la chapa

Como se ha comentado anteriormente, en el transcurso de un proceso de embuticin seoriginan grandes desplamientos moleculares en el material conformado.

Tratado de Matricera404

Posiciones de reposo y de trabajo de un troquel

dotado con cilindros de gas en su sistema de pisado.

Ejemplo de montaje de unos cilindros

de gas en un troquel.

Formato o disco inicial y pieza embutida.

Placa de presin

con amortiguacin

Partesuperior

del til

Pisador de chapa

Placa depresin con

amotiguacin

Muelle de gas

Parte inferior del til

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Sabiendo que el formato o disco inicial de la chapa tiene la misma masa que el de la piezauna vez conformada, si no se produjeran tales desplazamientos moleculares, podramos supo-ner que la superficie de dicho formato o disco inicial (S) debera de ser idntica a la superfi-cie (S) de la misma pieza embutida. Es decir que si:

siendo:

(S) la superficie del formato plano odisco inicial.

(S) la superficie equivalente de lapieza embutida.

(R) el radio del formato plano.

(r) el radio de la base de la piezaembutida.

(h) la altura de la misma pieza embutida.

No obstante, la ecuacin anterior noes del todo precisa, porque la fluencia delpropio material genera el estiramiento ysu compresin en determinadas zonascrticas. La imposibilidad de obtener elformato inicial a partir del procedimientoinverso a la embuticin es la pruebapatente de los desplazamientos molecula-res producidos, los cuales suelen darlugar a una serie de fenmenos quehabrn de tenerse en cuenta para conse-guir una produccin ptima y de calidad.

Embuticin 405

S= R , y que S= r +2 r2 2 h

y comoS=S

entoncestenemosque: R = r +2 r h2 2

Descomposicin por sectores de la superficie de una

pieza embutida. El abatimiento de los sectores sobre

el plano de la base pone de manifiesto el

desplazamiento molecular sufrido por la chapa

durante el proceso.

Los esfuerzos de traccin (de sentido radial) y

los esfuerzos de compresin (de sentido

tangencial) que se han originado sobre la chapa

nos indican cul es el verdadero comportamiento

del material en un proceso de embuticin.

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La formacin de una serie de pliegues oarrugas es el primer fenmeno que se produ-ce en los procesos de conformado, como con-secuencia de la reduccin del dimetro delformato al dimetro de la pieza a embutir.Como es obvio, la formacin de arrugas serms o menos acusada en funcin de la reduc-cin del dimetro. Por trmino medio, ydependiendo de las caractersticas de lachapa a embutir, se estima que el formato ini-cial puede ser reducido en un 40 % de su di-metro, en una primera operacin.

Tratado de Matricera406

Obsrvese la deformacin virtual de la

cuadrcula, donde se revelan los puntos

crticos del proceso.

Por cortesa de Quantech ATZ.

El mallado equidistante de un formato para su

posterior embuticin nos demostrar la fluencia

del material que se produce durante la operacin

de conformado.

El primer efecto que se genera

en un proceso de embuticin es

la formacin de arrugas.

Por cortesa de Matriats, s.l.

Mallado sobre una pieza de chapa y principio

de formacin de pliegues y arrugas.

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La aplicacin de un pisador disminuye la formacin de los pliegues o arrugas. Cuando eldimetro del formato deba ser reducido en ms de un 20 % de su valor, ser imprescindibleel desarrollo del proceso con la ayuda de dicho pisador.

* Los coeficientes de reduccin expresados en esta tabla son valores medios y dependen de lacomposicin propia de cada material y de su ndice de acritud, por lo cual, su exposicin es meramenteorientativa. Los proveedores de material suelen disponer de datos ms precisos, a los cuales esconveniente remitirse cuando la ocasin lo requiera.

Embuticin 407

CCooeeffiicciieenntteess ddee rreedduucccciinn aaddmmiissiibblleess ppaarraa ddiiffeerreenntteess ccllaasseess ddee cchhaappaa

MMaatteerriiaall RReedduucccciinn iinniicciiaall ((KK11)) RReedduucccciioonneess ssuucceessiivvaass ((KK22))

Acero 0,60 0,80

Acero especial para embutir 0,55 a 0,60 0,75 a 0,80

Acero inoxidable 0,60 0,80 a 0,85

Aluminio 0,55 0,80

Cobre 0,50 a 0,55 0,75

Zinc 0,70 0,85 a 0,90

Duraluminio 0,60 0,90

Latn 0,52 a 0,55 0,75 a 0,80

Secuencias de embuticin de una chapa sin pisado. Siempre y cuando no se sobrepasen los valores

recomendados, el paso forzado del material entre el punzn y la matriz har que las arrugas vayan

desapareciendo conforme se desarrolla la operacin.

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Tratado de Matricera408

En muchas ocasiones, resulta

imposible obtener la pieza en una

sola fase de conformado, con lo

cual, su geometra final se

consigue mediante la consecucin

de distintas etapas.

Por cortesa de Transmac Rub, s.l.

Otra secuencia de embuticiones sucesivas para obtener un casquillo de acero inoxidable.

Por cortesa de Matriats, s.l.

Como se ha comentado anteriormente, se parte del concepto que la embuticin ideal esaquella en la cual la chapa es capaz de conservar su espesor inicial o de formato, una vez queha sido sometida a la deformacin propia del proceso.

La realidad, no obstante, es bien distinta, porque los esfuerzos de traccin y de compre-sin producidos por los elementos del utillaje sobre el material durante el proceso de embuti-cin generan, entre otros efectos, diversas variaciones en su espesor. Algunos de los factoresque influyen notablemente en este fenmeno son:

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Las caractersticas del material, entre las cuales cabe destacar su ndice de acritud, suespesor y su rugosidad superficial.

Las caractersticas de los elementos activos del utillaje, tales como la forma del punzn, elvalor del radio de la matriz y la rugosidad de las superficies de trabajo de ambos elementos.

Las caractersticas de la pieza a embutir, entre ellas, la relacin entre el dimetro delformato, el dimetro de la pieza y su espesor, la formacin de volmenes embutidos dedistinto dimetro, el conformado de aristas y los valores de los radios en la pieza.

Las condiciones de trabajo: el desarrollo del proceso en una o varias fases, la ausenciao la presencia de pisado de la chapa, la fuerza realizada en dicha operacin, la superfi-cie pisada y, por ltimo, la lubricacin de la chapa. En determinados procesos de embu-ticin de piezas de gran tamao, habr que tener en cuenta, incluso, la cadencia de tra-bajo del utillaje. El calor originado por la friccin entre los elementos activos y la chapadeformada durante el proceso, es la causa de dilataciones nada despreciables en pun-zones y matrices, lo cual disminuye la holgura entre ambos elementos, con el conse-cuente aumento de estirado de la chapa.

Salvo en los casos en que la pieza deba mantener una geometra determinada, la embuti-cin de una chapa puede ser realizada mediante punzones de fondo plano o de fondo semies-frico. Estamos hablando, lgicamente, de aquellos procesos en los que el producto final seconsigue despus de llevar a cabo una serie de fases de embutido, en las cuales se obtienenotras tantas piezas de geometra provisional.

El uso de punzones de fondo plano significa, mayoritariamente, un adelgazamiento delespesor de la pieza en torno a su radio de arista. Esto sucede por el esfuerzo de traccin quese produce sobre la chapa embutida, el cual se halla localizado fundamentalmente sobre elradio del punzn. La disminucin del espesor de material es mayor conforme los valores delos radios son ms pequeos, pudiendo llegar, incluso, a la rotura de la chapa en caso que sesobrepasa su lmite de embutidura. No obstante, en la base de la pieza embutida no se produ-ce prcticamente ninguna variacin de espesor, lo cual es conveniente conocer para su apli-cacin en determinados sectores productivos.

Por otra parte, el uso de punzones de fondo semiesfrico origina mayores estiramientos,porque la traccin generada por el punzn sobre la chapa se realiza, principalmente, sobre lasuperficie libre del casquete esfrico. De ese modo, las piezas suelen experimentar mayoresvariaciones de espesor, aunque no tan localizadas.

En las piezas cuyo formato no es embutido en su totalidad, mantenindose una pestaao ala sin conformar, sucede que el material se repliega durante la fase de formacin dearrugas y no llega a fluir entre los elementos activos de la herramienta. Este hecho no seratrascendente si no fuera porque, en algunos casos, dicho repliegue suele provocar un lige-ro aumento del espesor inicial de la chapa. En estas circunstancias no es extrao, pues, que,al realizar una medicin sobre la pestaa sin conformar, su valor sea mayor al valor inicialdel formato.

Embuticin 409

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Tratado de Matricera410

Puntos crticos relacionados con la variacin de espesor que se produce en las piezas embutidas.

En las piezas de fondo plano (piezas A y B) existe una zona en donde no se produce variacin alguna

en el espesor de la chapa, porque se halla libre de tensiones.

Esta zona abarca un dimetro equivalente a las 2/3 partes de la base de la pieza embutida.

* (Los porcentajes acotados en las figuras son valores medios experimentales que pueden variar en

funcin de la naturaleza de material, de su composicin, de su ndice de acritud, de la geometra de las

herramientas y de otros factores relacionados con el proceso de fabricacin, como, por ejemplo, la

forma de lubricacin de la chapa).

pieza A pieza B

pieza C

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Matricera 411

1 Matricera

1.1 Introduccin a la matricera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Comparacin de mtodos. Ventajas y desventajas de la matricera . . . . . . 12

Antecedentes y situacin actual de la industria matricera . . . . . . . . . . . . . . 13

1.2 Procedimientos de transformacin de la chapa . . . . . . . . 17

Definicin de conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.3 Medios de transformacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Qu es una prensa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Clasificacin, nomenclatura, funcionamiento y despiece de matrices . . . . . . . 27

Prensas. Clasificacin, nomenclatura y despiece . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Normas generales de seguridad e higiene a observar 74en los trabajos de matricera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

INDICE

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Tratado de Matricera412

2 Fundamentos de corte

2.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.2 Definicin y descripcin del proceso de corte . . . . . . . . . 81

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Descripcin de un proceso de corte con pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . 81

Fenmenos que se manifiestan durante el corte de la chapa . . . . . . . . . . . . . 83

Efectos producidos en la pieza por el corte de la chapa. . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Fuerzas desarrolladas durante el corte de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Franquicia de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Defectos producidos en la pieza por el corte de la chapa. . . . . . . . . . . . . . . . 97

Disposicin de piezas sobre la chapa. Optimizacin (Nesting) . . . . . . . . . . . . 99

Estudio econmico de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.3 Otros procedimientos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

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

2.4 Prensas utilizadas en los procesos de corte . . . . . . . . . . 142

Particularidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Seguridad en las prensas y herramientas utilizadasen los procesos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

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Matricera 413

3 Caractersticas constructivas de las matrices de corte

3.1 Componentes de matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Particularidades tcnicas y constructivas de las matrices de corte . . . . . . . . . 148

Materiales de construccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Tratamientos trmicos, tratamientos termoqumicos y recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

3.2 Normalizados para Matricera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Elementos de soporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Elementos de gua y deslizamiento y elementos de rodadura . . . . . . . . . . . . . 219

Elementos de fijacin y elementos de posicin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Elementos activos o de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Elementos elsticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Elementos de sujecin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Elementos de transporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

4 Procedimientos de conformado de la chapa

4.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

4.2 Clasificacin de los procedimientos de conformado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

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Tratado de Matricera414

5 Doblado

5.1 Definicin, clasificacin y descripcin de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Clasificacin de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

Descripcin de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

Fenmenos producidos en las piezas por el doblado de la chapa . . . . . . . . . 279

Radios de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

Determinacin de la fibra neutra y clculo del desarrollo de una pieza . . . . . . 282

Recuperacin elstica de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Fuerza de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

Fuerza de pisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

Holgura entre punzn y matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

Causas y defectos producidos en las piezas por el doblado de la chapa . . . . 300

5.2 Utillajes de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Clasificacin, nomenclatura, funcionamiento y despiece de las matrices de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Particularidades tcnicas y constructivas de los utillajes de doblado . . . . . . . 336

Elementos normalizados utilizados en los utillajes de doblado . . . . . . . . . . . . 350

5.3 Prensas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . 355

Particularidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

Seguridad en las prensas y herramientas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

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Matricera 415

5.4 Doblado en prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358

Caractersticas principales de las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

Herramientas y utillajes accesorios empleados en las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

Mtodos de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

Seguridad en las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

5.5 Otras mquinas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

Mquinas conformadoras de esquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

Mquinas curvadoras o cilindros de curvado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Mquinas de engrapar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

Trenes de perfilado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

Seguridad en las mquinas utilizadas en los procesos de doblado. . . . . . . . . 388

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

6 Embuticin

6.1 Definicin y descripcin del proceso de embuticin. . . . . 394

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Descripcin de los procesos de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 Embuticin sin pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Embuticin con pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 Fenmenos producidos en la pieza por la embuticin de la chapa . . . . . . . . . 404 Radios de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 Fuerza de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 Fuerza de pisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 Holgura entre punzn y matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 Lubricacin empleada en los procesos de conformado de la chapa. . . . . . . . 417 Causas y defectos producidos en las piezas embutidas . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

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Tratado de Matricera416

6.2 Determinacin de la fibra neutra

y clculo del desarrollo de una pieza . . . . . . . . . . . . . . . . 434

Desarrollo del formato de una pieza mediante

determinacin matemtica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

Desarrollo del formato de una pieza mediante

determinacin grfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

Clculo de embuticiones sucesivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

6.3 Estudio, diseo y simulacin computerizada

de procesos (CAE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

Mtodos de simulacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

Comparacin de mtodos y conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474

6.4 Procedimientos de embuticin y medios

de transformacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

Clasificacin, nomenclatura y funcionamiento de las matrices de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

Prensas utilizadas en los procesos de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504

Seguridad en las mquinas y herramientas utilizadas en los procesos de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512

6.5 Particularidades tcnicas y constructivas de las matrices y troqueles de embuticin . . . . . . . . . . . . 516

Componentes de las matrices y troqueles de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . 516

Elementos normalizados utilizados en los utillajes de embuticin . . . . . . . . . . 535

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Matricera 417

6.6 - Otros procesos de embuticin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550

Abocardado o embuticin de pestaas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550

Bordonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556

Abombado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

Hidroconformado o hydroforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563

Reducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568

Engrapado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

Extrusin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574

7 Materiales de construccin de los tiles de conformado y su tratamiento

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

7.2 Materiales de construccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

Aceros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583

Metal duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589

Elastmeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591

7.3 Tratamientos trmicos, tratamientos termoqumicos y recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594

Tratamientos trmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594

Tratamientos termoqumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595

Recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603

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Tratado de Matricera418

8 Repulsado

8.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604

8.2 Definicin y descripcin del proceso de repulsado . . . . . 605

Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605

Descripcin de un proceso de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606

Efectos producidos en la pieza por el repulsado de la chapa . . . . . . . . . . . . . 608

8.3 Medios de transformacin en los procesos de repulsado. . . 609

Mquinas y herramientas utilizadas en los procesos de repulsado . . . . . . . . . 609

Accesorios utilizados en los procesos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610

8.4 Procedimientos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612

Laminaciones cnicas rectas, cncavas y convexas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613

Fluotorneado o laminado cilndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617

Entallado o reducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624

Lubricacin de los procesos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626

Operaciones y trabajos de repulsado en caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626

8.5 Caractersticas constructivas de las herramientas de repulsado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630

Particularidades tcnicas y constructivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630

Materiales de construccin, tratamientos trmicos y tratamientos termoqumicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633

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