Procesos de Transformación de Chapas, Parte 1

Clasificación de las Chapas Metálicas

• Una chapa es una lámina delgada de metal, clasificada según su material, textura, tratamientos y características.
• La clasificación más básica es según su laminado:
  • Laminado en caliente: superficie áspera, sin tacto grasiento, se usa comúnmente en piezas que requieren conformado en frío.
  • Laminado en frío: superficie lisa, de tacto grasiento, se usa comúnmente en piezas que requieren estampado o plegado.

Nomenclatura

• El espesor de una chapa se mide por su calibre, que está determinado por la cantidad de láminas que entran en una medida patrón del metal.
• Cuanto más fina es la chapa, mayor es el número de calibre.

Procesos de Transformación

• Hay distintos procesos para el procesamiento de hojas metálicas, se pueden clasificar en:
  • Corte: cizallado, Water-jet, corte láser, corte por plasma, oxicorte.
  • Conformado: plegado, perfilado, curvado, rolado, repujado, estampado.
  • Otros: bordonado, engrapado, pestañado.

Corte

• Cizallado: proceso que se usa para hacer cortes primarios en las chapas que luego van a ser procesadas en otras máquinas.
• Corte por chorro de agua (Water-jet):
  • Ventajas: corta distintos tipos de materiales, corta distintos espesores de materiales, excelente precisión de corte, no provoca distorsión térmica.
  • Desventajas: no corta materiales que absorban agua, no solo cortes ortogonales, coste elevado de abrasivo.
• Corte láser:
  • Ventajas: más rápido que plasma de alta definición, corta perfiles de forma compleja, elevada precisión y calidad de piezas, zona afectada térmicamente muy reducida.
  • Desventajas: no puede cortar materiales reflectantes, alto gasto energético, coste elevado de consumibles.
• Corte por plasma:
  • Ventajas: bajo costo de inversión inicial, capacidad para cortar grandes espesores, amplio rango de espesores.
  • Desventajas: baja velocidad de corte, necesidad de tiempo de precalentamiento, la zona afectada térmicamente es grande.
• Oxicorte:
  • Ventajas: bajo costo de inversión inicial, bajo costo operativo, capacidad para cortar grandes espesores.
  • Desventajas: baja velocidad de corte, necesidad de tiempo de precalentamiento, la zona afectada térmicamente es grande.

Punzonado

• Es un proceso que secciona una chapa de un solo golpe violento al someterla a un esfuerzo cortante.
• Ventajas: apto para grandes series, permite gran variedad de materiales, terminación muy buena, gran precisión, no genera viruta ni arañazos.
• Desventajas: requiere el gasto inicial del punzón, difícil modificación de piezas, problemas para cortar espesores altos.

Separación entre Piezas

• Hay que dejar cierta separación entre pieza y pieza para evitar cortes defectuosos, piezas desechadas y atascos.
• La separación mínima entre dos piezas cortadas es igual al espesor de la chapa.

Paso de una Matriz

• Es el avance que hace la tira de chapa a cada golpe de prensa, en cada pieza o grupo de piezas cortadas.
• Donde Pm es el paso de matriz, Dm es la dimensión máxima de la matriz, y S es la separación entre piezas.

Rendimiento de la Bobina de Chapa

• Se calcula teniendo en cuenta la distancia mínima desde el borde del fleje más la primera pieza sacada "x" a tener en cuenta.
• Donde R% es el porcentaje de aprovechamiento, S es la superficie de la pieza, Np es el número de piezas por bobina, y Pm es el paso de matriz.

Criterios de Selección del Proceso de Corte

• Criterios para seleccionar el proceso de corte adecuado:
  • Espesor de la chapa.
  • Material de la chapa.
  • Precisión requerida.
  • Acabado superficial requerido.
  • Volumen y tiempos de producción.
  • Costos.
  • Complejidad de la pieza.
  • Otros.### Introducción al conformado de chapas
• El conformado de chapas es un proceso que implica la deformación plástica de una chapa para darle una forma específica.
• Se utiliza en la fabricación de objetos como envases, piezas estructurales y componentes de máquinas.

Plegado

• El plegado es una deformación plástica y sin arranque de material.
• Se aplica mucha presión, haciendo que la chapa se comprima en la zona interior y se estire en la exterior.
• Las máquinas de plegado tienen un punzón y una matriz, elementos que son normalmente fabricados con fundición gris o con acero al carbono.
• Los materiales más utilizados son: acero inoxidable, aluminio, cobre, acero dulce, latón.
• Existen diferentes tipos de plegado: plegado al aire, plegado a fondo, acuñado/estampado.
• La fibra neutra es la zona interna de la chapa donde las tensiones son nulas.
• El factor K es la distancia desde el interior del plegado hasta la fibra neutra.
• La fuerza de plegado se puede calcular utilizando la fórmula: F = C(2SRm)/(VL).

Tipos de plegadoras de chapa

• Manual industrial: se accionan a mano, pero tienen mecanismos hidráulicos.
• Mecánica industrial: tiene más fuerza que la anterior, incluye un volante de inercia.
• Hidráulica industrial: utiliza una bomba y cilindros hidráulicos.

Fallas de plegado

• Golpe chapa-máquina: el ala anteriormente plegada golpea con el punzón, lo que puede ocasionar deformaciones en la chapa.
• Deformaciones en ranuras/agujeros: las perforaciones y ranurados son geometrías que pueden sufrir grandes deformaciones plásticas al estar cerca de la zona de pliegue.
• Deformación en vértices: se puede evitar utilizando "desahogos" o "alivios" en los vértices.

Estampado

• Se trata de comprimir una chapa entre dos matrices, aplicando una fuerza.
• Puede hacerse en las mismas máquinas que se utilizan para el punzonado.
• Existen dos métodos principales: estampado en caliente y estampado en frío.

Perfilado de rodillos

• Se utiliza para producir un flujo continuo de perfiles con distintas secciones.
• Compite directamente con la extrusión.
• Se puede hacer operaciones previas como punzonado.

Cilindrado

• Es un proceso que se realiza por medio de rodillos, para dar concavidad a planchas de un determinado espesor.
• La capacidad de cilindrado de la máquina depende siempre del diámetro de los rodillos.

Repujado

• El proceso hace que una chapa plana tome una forma específica de una matriz o molde que gira.
• Se usan chapas de bajo espesor, siendo muy utilizado para aluminio y aceros de bajo contenido de carbono.
• Ventajas: matrices pueden ser de madera, apto para pequeños lotes, prototipos, proceso económico en general, puede hacer formas complejas y cerradas.
• Desventajas: superficie con rastros del rodillo, solo piezas de revolución, materiales con acritud se endurecen.

Embutido

• Consiste en transformar un disco primitivo en un cuerpo hueco tridimensional.
• Se coloca el disco pre cortado sobre un dado, donde lo sostienen los prensas-chapa.
• Se utiliza para grandes series, para pocas unidades se puede utilizar el repujado.
• Cálculo de disco primitivo: se calcula a partir de fórmulas que se obtienen de tablas, dependiendo de la morfología que quiero generar.
• Cálculo de cantidad de pasadas: el número de etapas depende de la relación entre el disco y las dimensiones de la pieza, del material y del espesor de chapa.
• Cálculo de fuerza del punzón de embutido: sirve para determinar qué tonelaje de máquina necesito para producir la pieza.

Fallas en embutido

• Arrugado de la pestaña: se forman una serie de pliegues en la zona no embutida de la pieza.
• Arrugado de la pared: cuando la zona arrugada se embute dentro de la cavidad entre punzón y matriz, los pliegues aparecen en la pared vertical.
• Ruptura/desgarro: consiste en una grieta que aparece en la pared vertical, cerca de la base, y que suele ser por el estiramiento y adelgazamiento o esquinas afiladas del punzón.
• Orejeado: es la formación de irregularidades en el borde superior de la pieza.
• Rayado: este defecto aparece si el punzón y la matriz no están lisos, o si la lubricación es insuficiente.

Bordonado

• Consiste en la deformación de nervaduras de perfil curvo o arrollamientos, de forma perimetral en piezas que fueron embutidas, repujadas o en tubos.
• Tiene como finalidad dotar de más resistencia a la pieza y dar una terminación a los bordes.
• Se puede hacer mediante matrices, máquinas bordonadoras o en el mismo proceso de repujado en torno.