Conformado Chapa Metálicas

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  • ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

    FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

    Materia: Tecnologa de Conformado

  • INTRODUCCION GENERAL

    La produccin de elementos de chapa estampada se puede considerar como uno de los mas importantes en el campo industrial de la produccin en serie. Con el proceso del embutido se logra que la produccin en serie, sea de gran calidad y homogeneidad. Hoy en da el elemento de chapa estampada es utilizado en un vasta escala de aplicaciones como: paneles de automviles, piezas de aeroplanos, calculadoras, maquinas de cocer, motocicletas, etc. La chapa estampada concebida de forma racional, sustituye, o reduce, la soldadura, tornillos y pernos, en lugar de muchas piezas unidas se tiene una sola pieza integral, por sta razn surgen algunas de las grandes ventajas del proceso, la simplicidad de la pieza, la ligereza y la mayor resistencia mecnica.

  • Continuacin El buen resultado de ste proceso depende en gran parte por la calidad del material, el cual debe ofrecer la mxima capacidad de deformacin en fro sin que aparezcan grietas en su superficie, el material debe ser resistente, dctil y maleable. Actualmente para medir las propiedades de los materiales que deben sufrir acciones mecnicas, se recurre a los ensayos de resistencia a la traccin, a la torsin, ensayos de dureza y de fragilidad, sin embargo, estos ensayos para las operaciones de embutido, no proporcionan los datos necesarios, por lo tanto se recurre a ensayos especiales que relacionan el espesor de la chapa y las cualidades del material, como lo son: el ensayo de Erichsen, ensayo de embuticin de la cazoleta.

  • Figure 16.13 (a) A cupping test (the Erichsen test) to determine the formability of sheet metals. (b) Bulge-test results on steel sheets of various widths. The specimen farthest left is subjected to, basically, simple tension. The specimen farthest right is subjected to equal biaxial stretching. Source: Courtesy of Inland Steel Company.Cupping Test and Bulge-Test

  • Continuacin Ejemplo de ensayo de embuticin:

  • FABRICACIN DE PIEZAS DE CHAPA METLICA.Se define como troquelado, el conjunto de operaciones con los cuales, sin producir viruta, se somete a la chapa a una o ms transformaciones, con el fin de obtener una pieza con una forma geomtrica determinada, sea esta plana o hueca.. En otras palabras la pieza es sometida a una deformacin plstica. Estas operaciones se logran mediante dispositivos especiales llamados matrices o troqueles, aplicados segn sus fines, sobre mquinas denominadas corrientemente prensas.

  • Continuacin Las operaciones que se pueden realizar sobre la chapa metlica, se subdivide en:

    Cortar o punzonar.

    Doblar y curvar.

    Embutir.

  • Continuacin Las operaciones de cortar o punzonar y doblar o curvar, se lo hacen generalmente en fri, mientras que la embuticin puede ser realizada e fri o en caliente segn las necesidades tcnicas requeridas. Estas operaciones se realizan con los troqueles instalados en mquinas dotadas de movimiento rectilneo alternativo.

  • EL CICLO DEL TROQUELADO.Consiste en una sucesin ordenada de operaciones tecnolgicas que transforman parte de una chapa metlica plana en una pieza de forma definida, depende de diversos factores: De la forma de la pieza a obtenerDe sus dimensionesDe la calidad del material que constituye la chapa metlica que se va a trabajar.

  • PUNZONADO Y CORTEFUNDAMENTOS DEL CORTE Y PUNZONADO.

    Todas las operaciones de punzonado o corte en prensa son variaciones de la accin de corte de las mquinas para cortar metales. El principio de corte de la chapa o de tiras de metal se realiza en cuatro etapas:

  • Etapa 1.- Al moverse hacia abajo la hoja que corta, ejerciendo una presin continua sobre el metal, las partes alta y baja de este se deforman.

  • Etapa 2.

    Al aumentar la presin se acercan las hojas cortantes y se produce en el metal una deformacin plstica.

  • Etapa 3. A partir de una cierta cantidad de deformacin plstica las hojas cortantes comienzan a penetrar en el metal que est siendo cortado. El metal no cortado comienza a endurecerse en la zona indicada.

  • Etapa 4 Comienzan a producirse fracturas en la zona endurecida a partir de los puntos de contacto de las hojas cortantes. Cuando estas fracturas coinciden se produce la falla del metal, y se separan sus dos partes.

  • Continuacin Es una equivocacin generalizada que se comete, pues se cree que para obtener un corte limpio y sin rebabas las hojas cortantes debern estar situadas muy juntas. La verdad es que deber existir una separacin cuidadosamente controlada entre dichas hojas cortantes. La razn de esta necesidad es que si las hojas estn demasiado juntas, las grietas que corren desde el punto de contacto no coinciden, y por tal motivo no tendr lugar un corte limpio.

  • (a) SEPARACION INSUFICIENTEEl metal en exceso tiende a separar las hojas, y es arrastrado hacia abajo para formar una rebaba en el filo de corte. Esto da lugar asimismo a un desgaste de las hojas, las cuales rpidamente quedan embotadas.

    Las grietas no coinciden

  • (b) SEPARACION CORRECTACuando se aplica la holgura correcta, las fracturas coinciden, logrndose un corte limpio y con un mnimo de rebabas. Esto reduce al mismo tiempo el desgaste de las hojas cortantes.

    Las grietas coinciden

  • ( c) SEPARACION EXCESIVAUna separacin excesiva da lugar tambin a que las fracturas no coincidan, producindose ahora una separacin por la que el metal es arrastrado. Esto se traduce en un radio en el reborde exterior del material que est siendo cortado, y una rebaba considerable en el reborde interior de dicho material.

    Las grietas no coinciden

  • Cizallado entre dos bordes cortantes afilados

  • Continuacin Para un corte correcto, la separacin deber ser cuidadosamente escogida, manteniendo adems bien afiladas las hojas de corte.Este principio de corte es fundamental en cuanto a su aplicacin a todas las operaciones de corte en prensa, las cuales pueden resumirse en: punzonado (perforado), recortado, cizallado, desbastado.

  • Continuacin El corte produce varias caractersticas en los bordes de la chapa y del material cortado. Estas caractersticas son (figura 3):Deformacin plstica caracterizada por un pequeo radio R. Zona bruida de aspecto brillante caracterizada por el ancho D. Fractura angular, con aspecto mate, definida por la penetracin P.

  • Rebaba caracterizada por su altura H.

    Caractersticas del borde de corte con juego normal

  • (a) Schematic illustration of shearing with a punch and die, indicating some of the process variables. Characteristic features of (b) a punched hole and (c) the slug. (Note: The scales of the two figures are different.)

  • Cizallado(a) Effect of the clearance, c, between punch and die on the deformation zone in shearing. As the clearance increases, the material tends to be pulled into the die rather than be sheared. In practice, clearances usually range between 2 and 10% of the thickness of the sheet. (b) Microhardness (HV) contours for a 6.4-mm (0.25-in.) thick AISI 1020 hot-rolled steel in the sheared region. Source: After H.P Weaver and K.J. Weinmann.

  • Die-Cutting Operations(a) Punching (piercing) and blanking. (b) Examples of various die-cutting operations on sheet metal.

  • Slitting with Rotary KnivesSlitting with rotary knives. This process is similar to opening cans.

  • PUNZONADO.El punzonado es una operacin de corte de chapas o lminas, generalmente en fro, mediante un dispositivo mecnico formado por dos herramientas: el punzn y la matriz. La aplicacin de una fuerza de compresin sobre el punzn obliga a ste a penetrar en la chapa, creando una deformacin inicial en rgimen elastoplstico seguida de un cizallamiento y rotura del material por propagacin rpida de fisuras entre las aristas de corte del punzn y matriz.

  • Continuacin Al descender el punzn ejerce sobre la chapa metlica una presin continua, a este esfuerzo se le opone la reaccin propia del material hasta que el esfuerzo de compresin originado por el punzn es superior a la resistencia propia del material, siendo separada la pieza de la chapa.Como puede observarse, el material sufre, antes de ser cortado, una deformacin elstica, ya que las fibras del mismo tienden a estirarse progresivamente, conforme el punzn va aumentando su accin, sin embargo, al rebasarse el lmite de elasticidad las fibras son cortadas, y cuando la pieza est libre experimenta una rpida recuperacin elstica y queda adaptada muy enrgicamente por sus bordes al agujero de la matriz, donde permanece apretada hasta que se corte una segunda pieza que obliga a salir a la primera.

  • Continuacin El proceso termina con la expulsin de la pieza cortada (figura 1).

  • Continuacin La relacin mnima entre el dimetro de la pieza cortada y el espesor del material debe ser en extremo igual, aunque es preferible que el espesor de la plancha sea menor que el dimetro del punzn, puesto que la resistencia de corte resultara superior al esfuerzo que puede soportar el punzn, originndose la rotura:

    D/e = 1,2

  • CORTE (TROQUELADO)Se denomina corte a la operacin mecnica de separar de una chapa metlica una pieza de forma determinada, con la aplicacin de un troquel apropiado y en forma instantnea. Esta operacin se desarrolla mediante un proceso de deformacin plstica, que ocurre al aplicar sobre el punzn del troquel, una fuerza de compresin que obliga a este a penetrar en la chapa metlica creando una deformacin elastoplstica seguida de un cizallamiento y rotura del material por propagacin rpida de fisuras entre las aristas de corte del punzn y matriz. El proceso termina con la expulsin de la pieza cortada. El tipo de corte que da lugar a operaciones de troquelado es el que se verifica simultneamente en toda la lnea cortada, por medio de un punzn.

  • MATRIZ DE CORTE (O PUNZONADO).En una matriz, adems de los elementos fundamentales, el punzn y la placa matriz, intervienen otra serie de elementos, que son los que completan el resto de la estructura mecnica. Estos elementos vamos a estudiarlos independientemente, la matriz se representa en forma completa en la figuran adjunta:

  • LA TIRA DE RECORTE El corte de las piezas se realiza, por lo comn, sobre tiras de chapa metlica o fleje. Conviene aprovechar el material todo lo posible. Por esto no es indiferente la posicin de las figuras y de los punzones que las cortan. La disposicin del material se debe dibujar en tres vistas exactamente como aparecer al final de la carrera de corte de la prensa, como lo muestra la figura:

  • DISPOSICIN NORMALSe emplea cuando hay que cortar piezas, cuya forma exterior se puede inscribir ms o menos en un paralelogramo rectangular ABCD (fig. 15.5)

  • DISPOSICION OBLICUASe emplea preferentemente, cuando la pieza a cortar tiene poca anchura y se puede inscribir en un triangulo rectngulo. (Fig. 15.6A).

  • DISPOSICION INVERTIDAA veces, para aprovechar mejor la chapa, se hacen dos series de cortes, introduciendo la tira: una vez en un sentido y otra, en sentido opuesto; es decir, la posicin de las piezas sobre la banda de material se corresponde alternativamente.Esta disposicin exige para su realizacin:Pasar la tira dos veces por el mismo troquel cortador: en la primera pasada cortar las piezas que se corresponden en una misma posicin (Fig. 15.7A) y en la segunda pasada cortar en la otra parte de la tira; pero, sta ha de estar invertida (Fig.15.7B)

  • DISPOSICION INVERTIDAPuede ocurrir que se emplee un til cortador de dos punzones de la misma forma, pero dispuestos inversamente (Fig. 15.7C). En tal caso se cortan las dos posiciones de un solo golpe de prensa

  • DISPOSICION INVERTIDAExisten dos tipos de inversin:Inversin alrededor de un eje vertical (Fig. 15.7D).

    Inversin alrededor de un eje horizontal

  • DISPOSICION DE LAS PIEZAS, SEGUN LA IMPORTANCIA DE LA SERIE

    Teniendo en cuenta la cantidad de piezas que hay que producir se puede emplear dos disposiciones: simple y mltiple.DISPOSICION SIMPLE.- Se emplea para pequeas series, ya que el gasto inicial del til para una disposicin mltiple no compensa. En esta disposicin, solamente hay en la tira una fila de piezas (Fig. 15.8).

  • DISPOSICION MULTIPLEPara una produccin en grandes series o masiva, y para aprovechar mejor el material, se construye un troquel capaz de cortar varias piezas a la vez, lo que da lugar a soluciones econmicas, como en la fig 15.9. Esta disposicin exige construir un troquel de tres punzones con un ancho de banda mayor.

  • Continuacin

  • Continuacin

  • Diferentes tipos de prensas utilizadas en la produccin de piezas de chapa

    (de izquierda a derecha)1.Prensa mecnica de cuello de cisne con volante frontal2.Prensa mecnica de cuello de cisne, inclinable y con volante lateral3.Prensa mecnica de doble montante, volante lateral y doble biela4.Prensa mecnica de doble montante, doble efecto, volante lateral y doble biela.