Presentacio_UD1.3_(CC)

UD1.3. CONFORMACIÓN POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

1.3. Principales operaciones en chapa. Introducción

1.3.7. Enrollado

1.3.2. Doblado1.3.1. Corte

1.3.3. Embutición1.3.4. Engrapado1.3.5. Bordonado1.3.6. Abocardado

1.3.8. Repulsado1.3.9. Extrusionado1.3.10. Estampado1.3.11. Perfilado

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1.3. Conformación por deformación plástica

Principales operaciones de chapa. Introducción

INTRODUCCIÓN

Las deformaciones básicas que se pueden realizar sobre la base deuna chapa metálica determinan los procesos y utillajes para laobtención de piezas.

En este sentido, entendemos por deformación toda operaciónmediante matriz o utillaje que consiga transformar una chapa planaen una pieza de geometría específica.

Las principales operaciones són:Corte (punzonado o troquelado), doblado, embutición, engrapado,bordonado, enrollado, repulsado, extrusionado, estampado yperfilado.

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CORTE ( PUNZONADO O TROQUELADO)


Principales operaciones de chapa. Corte

El corte consiste en la separación completa de una parte de la chapaa lo largo de una línea mediante la ayuda de un punzón o cizalla.Debemos tener en cuenta que lasperforaciones (en el troquelado y elpunzonado) en una chapa siempredejan un corte limpio y preciso en la1/3 parte del grosor, mientras que elresto se ve arrancada por desgarro.Este desgarro aumenta si la toleranciade corte es mayor que la necesaria.Por el contrario, si la tolerancia esinsuficiente se produce laminaciónexcesiva y rebabas.

Fenómeno del corte de chapa metálica.

© JM.Casals. All rights reserved.

Fig. 1.3.1

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TroqueladoEl trozo de material que recorta el punzón,es la pieza a producir, por lo que las rebabas mayores y demás detalles indeseables deben dejarse en la banda

PunzonadoEl trozo recortado es el desperdicio, mientras que el resto de labanda constituye la pieza a producir.



RECORTADO

Troquelado de chapa metálica. ©

JM.Casals. All rights reserved.

Fig. 1.3.2

Punzonado de chapa metálica. ©


Fig. 1.3.3

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Mostramos, a continuación, la representación gráfica de la deformación que sufre la chapa en un proceso de corte con punzón y matriz.



En una primera fase, la chapa experimentauna deformación plástica con undesplazamiento de les fibras. La partesuperior queda comprimida mientras que lainferior queda traccionada. Las zonascercanas al corte sufren un endurecimientosuperficial.

Deformación previa al

cizallamiento de la chapa. ©


Fig. 1.3.4

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A continuación, se manifiesta el esfuerzo decorte por cizallamiento hasta que se liberanlas tensiones con el desgarro del material.Finalmente podemos observar la fisonomíade la pieza y el retal en la zona de rotura.

Proceso de cizallamiento de la

chapa. © JM.Casals. All rights

reserved.

Fig. 1.3.5

Puede aparecer también el efectode la operación de corte sobre laforma de la pieza con un ciertoabombamiento del material.

Posible abombamiento del

material en el corte de la chapa. ©


Fig. 1.3.6

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El efecto del proceso de corte en la chapa produce puesdeformaciones en la pieza final. Este efecto no deseado se puedeminimizar con un aplanado posterior o con uso de punzones de corteinclinado.

La técnica del corte fino, consigue piezas de elevada precisión ysuperficie de corte lisa y de buen acabado sin desgarro, gracias aluso de un resalte en la placa de presión (“pisador”) que acompaña alpunzón yque provoca una compresión localizada en la zona de corte.



Útil con punzón de corte inclinado.

© JM.Casals. All rights reserved.

Fig. 1.3.8

Aplanado del abombamiento del

material en el corte de la chapa. ©


Fig. 1.3.7

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DOBLADO


Principales operaciones de chapa. Doblado

Esta operación consiste en realizar la deformación de una chapa plana

mediante un punzón y una matriz para conseguir una pieza con una

forma determinada. Son operaciones de deformación sin variación del

grosor inicial y por lo tanto sin variación de la superficie total.

En este caso los parámetros que afectan de manera más importante

los resultados desde el punto de vista del diseño de pieza son:

la elasticidad del material

los radios de doblado (rint min = e)

los ángulos de doblado

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Matriceria. Materiales para la Conformación en frío

Pero además, se deben controlar los parámetros del proceso:

posicionamiento fijo de la pieza durante el doblado superficies de punzón y matriz, lisas y pulidas.


Proceso de doblado. © JM.Casals. All rights reserved.Fig. 1.3.9

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Por otra parte, sabemos que los metales presentan elasticidad, por lo

que cuando dejamos de aplicar las fuerzas de doblado, tienden a

recuperar su forma; y esta tendencia es más grande como más duro

es el material. Para evitarlo, se diseñan las estampas con ángulos de

doblado más agudos para compensar el efecto de la recuperación.

Materiales para la Conformación en frío


Variación entre el ángulo y radio del útil vs la geometria de la pieza a

obtener en un proceso de doblado. © JM.Casals. All rights reserved.

Fig. 1.3.10

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El doblado, provoca una compresión

en una de les caras y una tracción en

la cara opuesta de manera que la

longitud de la chapa varía. Existe, por

lo tanto, una línea de fibras conocida

como línea neutra que no

experimenta ni contracción ni

dilatación i en consecuencia

mantiene la longitud inicial.



Posición de la fibra neutra en un doblado. ©


Fig. 1.3.11

Fibra neutra

Fibras comprimidas

Fibras traccionadas

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El desarrollo real de la pieza se determina

en función de los doblados del diseño y se

basa en el cálculo de la longitud de la línea

neutra. Para hacerlo debemos conocer su

posicionamiento. En primera instancia se

puede considerar que la fibra neutra se

encuentra a la mitad del espesor de la

chapa si ésta es inferior a 1mm y en el 1/3

más cercano a la curva interior si el

espesor es mayor.



Pieza en chapa doblada y su desarrollo en plano. ©


Fig. 1.3.12

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En algunos casos, la forma de la pieza exige el doblado en diversas fases para poder conseguir su geometría final de diseño.



Pieza en chapa doblada obtenida por fases en

plegadora. © JM.Casals. All rights reserved.

Fig. 1.3.13

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El doblado es un proceso de deformación plástica que transforma una

chapa plana en una pieza curvada gracias a la acción de uno o más

esfuerzos que originan un momento flector.



En realidad debe de existir un cierto desplazamiento

molecular para permitir el doblado del material. A

efectos prácticos, este desplazamiento molecular se

traduce en un estrechamiento del material en la zona

de doblado, y en cierto grado de acritud del metal.

Por este motivo los doblados deben diseñarse con

radios de redondeo (r).

Aleta con ámplio radio de

redondeo. © JM.Casals. All

rights reserved.

Fig. 1.3.14

La distribución de tensiones en la sección de la chapa por efecto del

doblado toma la forma:

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Es decir, después del plegado la

zona central queda deformada

elásticamente lo cual repercute en

el fenómeno de la recuperación del

material mientras que el resto

queda deformada plásticamente.

Fig. 1.3.15

Esquema de la distribución de esfuerzos en lazona de doblado. © JM.Casals. All rightsreserved.

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EMBUTICIÓN


Principales operaciones de chapa. Embutición

La embutición es la operación que consiste en transformar una

chapa plana en un cuerpo de volumen vacío sin reducir el espesor

del material.

Fig. 1.3.16

Esquema de obtención de un vaso a partir deun disco de chapa. © JM.Casals. All rightsreserved.

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Esta es una de las operaciones en chapa más complejas debido a la

cantidad de factores que pueden intervenir en el proceso:

· Calidad y espesor constante del material

· Radios de punzón y matriz

· Diámetro y profundidad de las embuticiones

· Fuerza de presión sobre la chapa

· Velocidad de embutición

· Lubricación de la chapa

· ......

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El material debe aguantar grandes deformaciones sin riesgo de

rotura y sin reducción del espesor, aunque en las zonas más

castigadas de la pieza este hecho es prácticamente inevitable.

Además hace falta calcular el desarrollo de la

pieza con la necesaria aproximación para poder

determinar el recorte de chapa plana necesario.

Hay métodos, tanto gráficos como matemáticos

para realizar esta aproximación, pero a menudo

se deja un sobrante porque el borde de las piezas

no queda uniforme (como se ve en la fotografía)

Fig. 1.3.17

Pieza embutida y recorte sobrante© foto de JM.Casals. All rightsreserved.

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Las chapas delgadas tienen más tendencia a

formar pliegues y desgarrarse aunque requieren

fuerzas menores para la embutición.

Los radios del útil deben ser diseñados de forma

adecuada para evitar fisuras o bien pliegues y

arrugas.

En embuticiones profundas es necesario realizar

fases sucesivas de embutición para conseguir la

pieza final sin rotura de la chapa.

Fig. 1.3.18

Dimensionado del radio de matrizpara facilitar el flujo de la embutición© JM.Casals. All rights reserved.

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La clave decisiva para optar por una única embutición o una

embutición por fases se puede considerar que se encuentra cuando

la profundidad a conseguir es superior a un vez el radio de la pieza

final: h > 1r. Cuando esto ocurre debemos optar por una embutición

por fases. Se muestra en la figura una embutición a 4 fases.

Fig. 1.3.19

Embutición por fases © JM.Casals.All rights reserved.

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Otro factor importante en la embutición consiste en la sujeción de la

chapa. La misión de la placa de presión o pisador es presionar la

chapa para evitar que se formen arrugas, pero sin sujetarla de forma

que pueda fluir durante la operación de embutición.

Finalmente, como el proceso de embutición provoca fricciones

elevadas sobre la chapa, es muy importante mantenerla lubricada para

que fluya suavemente y se eviten grietas y roturas.

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Ya hemos dicho que la embutición es una operación que tiene la

finalidad de transformar una chapa plana en un cuerpo vacío sin

reducir el espesor del material. Entenderemos por matrices de

embutición aquellas que tienen por finalidad conseguir este tipo de

deformación; dándose dos posibilidades:

- Conformación por encogimiento

- Conformación por estiramiento

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En los dos casos se produce una deformación multiaxial que provoca

un estado de tensiones complejo en el material.

Fig. 1.3.20

Embutición por encogimiento y porestiramiento © JM.Casals. Allrights reserved.

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Los factores a tener en cuenta en las embuticiones son:

la calidad y espesor del material

los radios del punzón y matriz

los diámetros y profundidad de cada fase de embutición

la presión que ejerce el pisador

la velocidad de embutición

la lubricación de la chapa

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En una embutición perfecta el material puede deslizarse libremente y

las compresiones se compensan aproximadamente con los

estiramientos, de manera que la superficie total varía sólo ligeramente y

el espesor de la chapa se mantiene aproximadamente constante. No

obstante puede darse una embutición con estiramiento en que los

bordes del material se ven inmobilizados y se produce un verdadero

estiramiento de la chapa con una reducción de su espesor, a menudo

de manera parcial para evitar el arrugado. Para conseguir este efecto

se utilizan pisadores parciales llamados también frenos.

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1.3 Conformación por deformación plástica


Durante el proceso de embutición real, la deformación de la chapa es

multiaxial y también lo son los esfuerzos que se producen; así,

algunas zonas de la chapa se ven estiradas longitudinalmente y

comprimidas lateralmente.

Cuando estas deformaciones se compensan,

el área se mantiene constante y también el

espesor del material. Cuando la deformación

no es perfecta, entonces se produce

aumento de superficie por estiramiento y

reducción del espesor del material.

Fig. 1.3.21

Esfuerzos durante la embutición ©JM.Casals. All rights reserved.

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En el caso de la transformación de piezas cilíndricas partimos de un

disco de diámetro D para conseguir un cilindro de diámetro d. Por

este proceso, parte del material es innecesario y se arruga mientras

que el otro se ve estirado.

Las zonas triangulares se comprimen y tienen

tendencia a formar pliegues. Para evitarlo

será necesario utilizar una placa pisador.

Fig. 1.3.21

Etapas en una embutición cilíndrica ©JM.Casals. All rights reserved.

Fig. 1.3.22

Zonas de compresión en unaembutición cilíndrica © JM.Casals.All rights reserved.

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ENGRAPADO


Principales operaciones de chapa. Engrapado

La operación de engatillado o engrapado consiste en crear un

dobladillo sobre el extremo de la chapa plegando el borde sobre sí

mismo para facilitar su manipulación o aumentar la rigidez. También

se usa para unir el perímetro exterior de dos piezas de chapa con la

finalidad de conseguir un cierre hermético.

Las aplicaciones más usuales son bidones

de grasa, latas de refresco, conservas, ... Fig. 1.3.23

Engrapado de aleta © JM.Casals.All rights reserved.

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Principales operaciones de chapa. Engrapado

El engrapado

puede utilizarse

en recipientes

cilíndricos,

ovalados,

cuadrados, ...

con la única

limitación de

trabajar con

chapa delgada.

Fig. 1.3.24

Proceso de engrapado en matriz ©JM.Casals. All rights reserved.

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BORDONADO


Principales operaciones de chapa. Bordonado

El bordonado consiste en enrollar el borde exterior de

un recipiente de chapa para darle un acabado más

atractivo y reforzarle la resistencia mecánica. También

se utiliza el término para definir acanalamientos que

actúan cómo nervios, reforzando piezas sin necesidad

de aumentar el espesor. Es por esto que bidones de

aceite o combustibles presentan ciertas ondulaciones,

ya que si fueran totalmente lisos, no podrían soportar el

esfuerzo de la carga y la presión interna producida

perdiendo la forma y la estabilidad.

Fig. 1.3.25

Pieza con bordón ©JM.Casals. All rightsreserved.

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Principales operaciones de chapa. Bordonado

En esta operación es

fundamental el pulido del

punzón lo que permite el

enrollamiento de la chapa

sobre si misma.

Fig. 1.3.26

Fases del proceso y detalle enun útil de bordonar ©JM.Casals. All rights reserved.

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ABOCARDADO


Principales operaciones de chapa. Abocardado

Es una operación consistente en ensanchar un orificio previo de la chapa en forma atrompetada o ampliar el diámetro de un tubo mediante el estiramiento de la chapa.

Fig. 1.3.27

Piezas con abocardado ©Fotos de JM.Casals. Allrights reserved.

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ENROLLADO


Principales operaciones de chapa. Enrollado

Es una operación muy parecida al bordonado que consiste en

enrollar el extremo de una chapa plana en forma de ojal.

El diámetro interior de este enrollado está condicionado por la

calidad y espesor del material, pero en términos generales podemos

decir que hará falta como mínimo: di = 1,5 · e

Fig. 1.3.28 Enrollado en matriz progresiva y piezas obtenidas © Fotos de JM.Casals. All rights reserved.

For. 1.3.1

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REPULSADO


Principales operaciones de chapa. Repulsado

Esta operación también conocida por embutido al torno, consiste en

fijar un modelo de la superficie de revolución que queramos

conseguir (forma) en el cabezal del torno, sujetar la chapa (mediante

el contrapunto de cono inverso) y mientras está girando, adaptarla a

la forma mediante la presión que va ejerciendo una herramienta-

seguidor (“grafila”) de acero templado. Fig. 1.3.29Esquema de proceso de repulsado y piezasobtenidas © JM.Casals. All rights reserved.

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EXTRUSIONADO


Principales operaciones de chapa. Extrusionado

Este proceso consiste en presionar un disco (de

corte fino para evitar imperfecciones) de

material blando mediante un punzón haciéndolo

deslizar en sentido contrario a través de la

holgura hasta la camisa de la matriz.

Es utilizado para la fabricación de tubos de

paredes muy delgadas que se aplican en

productos farmacéuticos, bebidas, rotuladores,

... Y sólo es posible con materiales muy dúctiles

como aluminio, plomo o estaño.

Fig. 1.3.30

Esquema de procesode extrusionado en frio© JM.Casals. Allrights reserved.

Descenso del punzón

Compresión del disco einicio de extrusión porla holgura lateral

Sentido de extrusióndel material

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Principales operaciones de chapa. Extrusionado

Se debe resaltar que las tolerancias de acabado longitudinal no son

demasiado precisas, del orden ± 1 mm. , aunque las de espesor

pueden ser ajustadas. El espesor mínimo que se puede conseguir

en las paredes es de 0,1 mm con diámetros exteriores de pieza

entre 8 i 100 mm.

La máxima altura asumible puede definirse por:

siendo D el diámetro exterior de la pieza obtenida.

h = 8 · D (para piezas de 8 < ∅ < 60 mm)

h = 3 · D (para piezasde 60 < ∅ < 100 mm)For. 1.3.2

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ESTAMPADO (o ACUÑADO)


Principales operaciones de chapa. Estampado

Estas operaciones consisten en la deformación de la chapa para

obtener una superficie con relieves, normalmente, letras, marcas o

figuras.

La diferencia radica en que el estampado produce canales de una

altura de 3 a 5 veces el espesor de la chapa, mientras que en el

acuñado hay pérdida de espesor del material para conseguir el

relieve.

En este último caso, el punzón y la matriz hacen fluir el material en

todas direcciones para llenar unas zonas con el material excedente

de las otras. El ejemplo más clásico es el de las monedas.

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PERFILADO


Principales operaciones de chapa. Perfilado

Operación que consiste en dar

forma gradualmente en fases

sucesivas a una tira de chapa

hasta convertirla en un perfil.

La operación puede conseguirse

mediante un proceso continuo de

rodillos rotativos o bien en un

proceso de matriz con doblados

sucesivos.

Fig. 1.3.31

Representación esquemática del perfilado de chapa © PGC. CC-BY-SA-3.0

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Representaci%C3%B3n_esquem%C3%A1tica_del_perfilado_de_chapa.jpg?uselang=ca�





http://commons.wikimedia.org/wiki/User:LaurensvanLieshout�

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en�

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Principales operaciones de chapa. Perfilado

Fin unidad 1.3

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