El doblado, siendo este una de las operaciones más comunes de formado, se forman piezas de un automóvil o de un electrodoméstico, o un broche de papel o un archivero. El doblado no solo se usa para formar bridas, uniones y corrugados, sino también para impartir rigidez a la pieza, aumentando su momento de inercia.

Nótese que el radio del doblez se mide en la superficie interna de la pieza doblada

En la figura de arriba se ilustra la terminología del doblado. Las fibras externas del material, en el doblado, están en tensión, mientras que las interiores están en compresión. El ancho de la pieza (longitud de doblado, L) en la región externa es menor, y en la interna es mayor, que el ancho original. Este fenómeno se puede observar con facilidad al doblar una goma de borrador rectangular.

La holgadura o tolerancia en el doblado, es la longitud del eje neutro en el dobles, y se usa para determinar la longitud de la pieza bruta con que se fabrica una pieza doblada. La posición del eje neutro depende del radio y del ángulo del doblez. Una formula aproximada de la holgura de doblado, Lb, es la siguiente:

Donde alfa es el ángulo de dobles (en radianes), T es el espesor de la lámina, R es el radio del doblez y K es una constante. En el caso ideal, el eje neutro esta en el centro del espesor de la lámina, si k=0.5, entonces:

En la práctica los valores de k suelen ser de .33(R<2T) a 0.5 (para R>2T).

Radio mínimo de doblezLa deformación ingenieril de una lámina durante el doblado es:

A medida que disminuye R/T, la relación del radio de doblez al espesor llega a ser más pequeña la formación por tensión en la fibra externa aumenta y al final el material se rompe.

La relación a la que aparece una grieta en la superficie externa de la grieta se llama radio mínimo de dobles o de doblado del material. Se suele expresar en función del espesor, como 27´, 37´,47´, etc. Así, un radio mínimo de doblez es 37´indica que el radio mínimo con el que se puede doblar la lamina sin que se agriete es tres veces su espesor.

Hay una relación inversa entre la facilidad de doblado y la reducción de área del material por tensión. El radio mínimo de doblez es, aproximadamente:

Donde r es la reducción del área de lámina metálica por tensión. Para r=50, el radio mínimo de doblez es cero, esto es, la lamina se puede doblar sobre si misma casi como una hoja de papel.

Para aumentar la facilidad de doblado de los metales, se puede aumentar su reducción de área por tensión, sea por calentamiento o doblándolo en un ambiente de alta presión.

La facilidad de doblado depende de la condición del borde de la lámina. Como los bordes rugosos son puntos de concentración de esfuerzos, disminuye la facilidad de doblado a medida que aumenta la rugosidad del borde. Otro factor importante en el agrietamiento de los bordes es la cantidad y forma de inclusiones en la lámina metálica, así como la cantidad de trabajo en frio que sufren los bordes durante el corte. La remoción de las regiones con trabajo en frio, maquinando la pieza, o recociéndola para mejorar su ductilidad, mejora mucho la resistencia a la fractura de los bordes.

La anisotropía de una lamina es un factor importante en la facilidad de formado. La laminación en frio produce anisotropía por orientación preferencial y por fibrilación mecánica debido al alineamiento de todas las impurezas, inclusiones y huecos que pueda haber. Antes de doblar esa lamina, se debe tener cuidado para cortarla en la dirección adecuada, de una lamina, aunque esta elección no siempre es posible.

Restitución

Como todos los materiales tienen un modulo de elasticidad finito, al pasar a la etapa de deformación plástica y, al eliminar la carga aplicada, el material exhibirá algo de recuperación elástica. En el doblado, esta recuperación se llama restitución o recuperación. Se puede observar con facilidad doblando y enseguida soltando una pieza de lámina o de alambre. El ángulo final de doblado, después de la restitución, es menor, y el radio final de doblado es mayor, que antes de doblar. La restitución no solo se presenta en laminas y placas planas, sino también en varillas, alambres y barras con cualquier perfil trasversal. Se puede calcular en forma aproximada la restitución, en función de los radios Ri y Rf:

En esta fórmula, la restitución aumenta al incrementar la relación R/T y el esfuerzo de fluencia Y del material y disminuir el modulo de elasticidad E.

En el doblado con dado en V, es posible que el material muestre restitución negativa, al igual que positiva. Esta condición se debe a la naturaleza de la deformación que sucede en el momento en el que el punzón termina la operación de doblado, al final de su carrera.

En las operaciones de formado se suele compensar la restitucion doblando en exceso la pieza (a y b), serian necesarias varias pruebas para llegar a los resultados deseados, otro metodo es acuñar la zona de doblez sometiendola a grandes esfuerzos de compresion localizados, entre la punta del punzon y la superficie del dado (c y d), esta tecnica s llama fondeo del punzon. Otro metodo es el de doblado con estiramiento, en el que la pieza se somete a la tension mientras se dobla. Para reducir la restitucion, tambien se puede hacer el doblado a temperaturas elevadas.

Fuerza de dobladoSe puede calcular las fuerzas de doblado suponiendo que el proceso es de flesion simple de una viga rectangular. La fuerza de doblado, en este caso, es una funcion de la resistencia del material, la longitud L del doblez, el espesor T de la lamina y el tamaño W de la abertura del dado. Sin incluir la firccion, la fuerza maxima de doblado, P es:

Donde el factor k va desde 0.3 aproximadamente, para un dado deslizante, pasando por 0.7, aproximadamente, para un dado en U, hasta 1.3 para una matriz en V. Y es el esfuerzo de fluencia del material. Para un dado en V, se suele aproximar la ecuación anterior como sigue:

Donde UTS es el esfuerzo ultimo de tensión del material. Esta ecuación se aplica bien a casos en los que el radio del punzón y el espesor del material son pequeños, en comparación de la abertura W del dado.

La fuerza de doblado también es función del avance del punzón en el ciclo de doblado. Sube de cero hasta un máximo y hasta puede disminuir al ir completando el dobles, después aumenta bruscamente cuando el punzón llega al fondo de su carrera durante el doblado con dado. En el doblado al aire o doblado libre, la fuerza no vuelve a aumentar después de iniciar su decrecimiento.

Operaciones comunes de Doblado

Conformado con prensas excéntricas

El metal laminado o en placas se puede doblar con facilidad y usando soportes sencillos, mediante una prensa. Las laminas de 7 m o más largas, y otras piezas relativamente angostas, se suelen doblar en una prensa excéntrica. Esta máquina usa matrices o dados largos en una prensa mecánica o hidráulica, y es adecuada para pequeñas producciones. Las herramientas son sencillas y se puede adaptar a una gran variedad de formas, además, el procesos se puede automatizar con facilidad.

Los materiales empleados en la producción de dados para estas prensas pueden ser desde maderas duras (para materiales de baja resistencia y pequeñas producciones) hasta carburos. Para la mayor parte de las aplicaciones se usan con más frecuencia dados de acero al carbono o de hierro gris.

Otras operaciones de dobladoDoblado con rodillos: En este procesos las placas se doblan con un conjunto de rodillos. Ajustando la distancia entre ellos los tres rodillos se pueden obtener diversas curvaturas.

Doblado en maquina de 4 corredoras: También se pueden doblar piezas relativamente cortas en maquinas. Estas maquinas se consiguen en diversos diseños, y los movimientos laterales de los dados se controlan y sincronizan con el movimiento vertical, para conformar la pieza a las formas deseadas.

Acanalado: En el acanalado, la periferia de lamina metálica se dobla hacia la cavidad de un dado. El canal imparte rigidez al aumentar el momento de inercia de la sección. También mejora la apariencia de la pieza y elimina los bordes agudos descubiertos.

Rebordeado: El rebordeado o bridado es un proceso de doblar las orillas de las láminas metálicas normalmente a 90. En el rebordeado contraído, la ceja se somete a esfuerzos circunferenciales de compresión que, si son excesivos, pueden hacer que se plieguen los lados de la brida. La tendencia a la formación de pliegues aumenta al disminuir el radio de curvatura de la brida. En el rebordeado estirado los bordes de la pestaña se someten a fuerzas de tensión que, si son excesivas, pueden causar el agrietamiento a lo largo de la periferia.

Formado de orificios: En esta operación (b), se troquela primero un orificio y después se expande formándole un reborde. Los rebordes se pueden producir perforando con un punzón conformado (c). También los extremos de los tubos se pueden embridar con un proceso parecido (d). Cuando el ángulo de doblez es menor que 90, como en los herrajes con extremos cónicos, al procesos se le llama abocardado.

El estado de los bordes es importante en estas operaciones. Al estirar el material se originan grandes esfuerzos de tensión en ellas, lo que podría conducir a la ruptura y desgarramiento de la brida. A medida que aumenta la relación del diámetro del reborde al diámetro del orificio, las deformaciones aumentan en forma proporcional.

Formado de dobleces en los bordes: En este proceso, también llamado aplanamiento, el borde de la lámina se dobla sobre sí mismo. El doblez aumenta la rigidez de la pieza, mejora su aspecto y elimina los filos. El empate implica unir dos bordes lámina metálica mediante dobladillo. El doble empate se hace mediante un proceso similar, con rodillos de forma especial, para obtener uniones herméticas al agua y al aire, como las que se necesitan en las latas de alimentos y bebidas.

Formado por laminación: Este proceso se usa para tramos continuos de lámina metálica y para grandes producciones, también llamado de contorno o laminado en frio. En él, la cinta de metal se dobla en etapas, pasándolo por una seria de rodillos. Después las piezas se suelen cortar y apilar en forma continua.

Entre los productos que se fabrican así están los canales, canalones, laterales, tableros, marcos de puertas y cuadros, y tubos con costura cerrada. La longitud de la pieza se lamina por la cantidad de material suministrado del rollo. El espesor de la lámina suele ser desde .125 mm hasta 20 mm. Las velocidades de rolado son menores que 1.5 m/s, aunque pueden ser mucho mayores en aplicaciones especiales.

Doblado y Conformado de Tubos

El doblado y la conformación de tubos y demás perfiles huecos requieren herramientas especiales para evitar flexiones o aplastamientos y dobleces. El método más viejo y más sencillo para doblar un tubo es empacar primero su interior con partículas sueltas, casi siempre de arena, para después doblarlo en un soporte adecuado, el relleno evita que se aplaste el tubo. Después de haber doblado el tubo se le saca la arena. También se puede

obturar los tubos con mandriles internos flexibles. Un tubo relativamente grueso, con radio grande de curvatura, se puede doblar sin llenarlo de partículas y sin usar tapones.

Abombamiento: Este proceso consiste en colocar una aparte tubular, cónica o curvilínea en un dado hembra bipartido, para después expandirlo, casi siempre con un tapón de poliuretano (a). Después se retira el punzón y el tapón regresa a su forma original y la pieza formada se saca abriendo las matrices o dados. Entre los productos que se fabrican así están las cafeteras o las jarras, los barriles y los rebordes de los tambores. Para piezas con formas complicadas, se puede conformar el tapón, en lugar de ser cilíndrico, para placar mayor presión en regiones críticas.

El formado de tubos y formas tubulares, como por ejemplos los tubos de escape, tubos de llenado de combustible y multiples de escape tamben se puede hacer con presión interna de fluido: reemplazando el tapón de poliuretano, se sellan los extremos de los tubos con medios mecánicos. La pieza se expande en una matriz hembra bipartida, compresiones de orden de 600 MPa, a continuación se abre el dado para sacar la pieza formada (b).

Dados Segmentados: Estos dados consisten en segmentos individuales que se colocan dentro de la pieza y a continuación se expanden, en general en dirección radial, y por último se retraen. Los dados segmentados son poco costosos y se pueden usar para grandes corridas de producción.

Problemas Aplicados

Bibliografía

1.- Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Serope Kalpakjian Steven Schmid, Cuarta Edición, Editorial Pearson Educación, págs. 407-416.

2.- Fundamentos de Manufactura Moderna, Mikell Groover, Pearson Educación, primera edición, pág. 511.