Tema 3.3. Procesos de conformado de chapa_act.pdf

1. INTRODUCCIÓN Características Material de partida  Chapa (procedente de laminado en frío) Sus superficies no han de tener marcas ni defectos. Espesor uniforme. Características uniformes del material 5 1. INTRO...

1. INTRODUCCIÓN Características Material de partida  Chapa (procedente de laminado en frío) Sus superficies no han de tener marcas ni defectos. Espesor uniforme. Características uniformes del material 5 1. INTRODUCCIÓN Características Se someten a esfuerzos de flexión y cizallamiento (doblado, curvado y corte) Producto Excelente relación Resistencia Mecánica/Peso Proceso económico para grandes series Normalmente en frío. Solo en caliente para grandes espesores, deformaciones significativas o materiales frágiles Excelente acabado superficial de las piezas Uniformidad de las características mecánicas obtenidas de las piezas (no existe transformación térmica) Elevada resistencia mecánica 6 1. INTRODUCCIÓN Características Acero, aluminio y latón Espesores entre 0,4 mm a 6 mm (>6 mm  placa) Gran desarrollo: Fuselajes de aeronaves Carrocerías de automóviles Recipientes para conservas y bebidas Revestimientos de electrodomésticos Elementos de construcción 7 1. INTRODUCCIÓN Clasificación Cizallado Operaciones Punzonado de corte Troquelado Doblado en Doblado y V Plegado Doblado de CONFORMADO bordes DE CHAPA Embutición Estirado de chapa Conformado con rodillos Conformado Curvado con rodillos Repujado Plegado de tubos Hidroconformado 8 2. CORTE DE CHAPA Se produce por el cizallado del material Deformación cortante localizada Provocada por la acción de dos cuchillas o matrices, una fija (matriz) y otra móvil (punzón) Entre ambas cuchillas y/o matrices debe existir una holgura o juego adecuado 9 2. CORTE DE CHAPA Cizallado Corte de la chapa a lo largo de una línea recta abierta Herramientas  tijeras, cizalla o guillotina 10 2. CORTE DE CHAPA Punzonado / Troquelado Troquelado: corte a lo largo de una línea cerrada en un solo paso, para separar la pieza del material circundante. La parte cortada es el producto deseado Punzonado: proceso similar al anterior pero, en este caso, la parte cortada es el desperdicio. El material que queda es la pieza deseada Punzonado Cizallado Troquelado 11 2. CORTE DE CHAPA Punzonado / Troquelado Matrices de troquelado compuestas: realizan varios cortes en una sola bajada de punzón 12 2. CORTE DE CHAPA Punzonado / Troquelado Matrices de troquelado progresivas: realizan la pieza de manera progresiva en varias etapas 13 3. DOBLADO Y PLEGADO Deformación plástica del metal mediante esfuerzos de flexión alrededor de un eje recto o ligeramente curvo, sin provocar cambio de espesor. Las fibras externas (por encima de la fibra o plano neutro) han sido sometidas a tracción, y por tanto se encuentran alargadas, mientras que las fibras internas (por debajo de la fibra neutra) han sido sometidas a compresión, y se encuentran acortadas. 14 3. DOBLADO Y PLEGADO La posición de la fibra neutra depende de la relación R/t, siendo R el radio (interior) de plegado y t el espesor de la chapa. Si δ es la posición de la fibra neutra respecto la fibra interior entonces: 15 3. DOBLADO Y PLEGADO Recuperación elástica: como consecuencia del comportamiento elástico del material, al retirar la carga las fibras deformadas tienden a recuperar su forma inicial  Aumento de R y α Compensación de RE  Sobreplegado o Plegado a alta Tª 16 3. DOBLADO Y PLEGADO Tipos básicos de doblado y plegado Plegado en V Se emplea un punzón y una matriz en forma de V, que materializan el radio y el ángulo de plegado La matriz se utiliza como guía y tope de presión Es una operación simple y económica, para tasas de producción bajas Plegado de bordes El plegado se realiza sobre la matriz mediante el deslizamiento del punzón La chapa se encuentra sujeta a la matriz mediante un sujetador Es una operación más complicada y más costosa, empleada para altas tasas de producción 17 3. DOBLADO Y PLEGADO Otras operaciones de plegado Conformado de al aire Plegado en U Conformado de canales (sin matriz) escalones 180º Engargolado Corrugado Tubos Plegado en matriz (dobladillo) (Unión por plegado) 18 4. EMBUTICIÓN CPDP de piezas con forma cilíndrica o prismática huecas con la base cerrada a partir de una preforma de chapa plana  latas de bebida, utensilios de cocina, casquillos de munición, contenedores … El proceso consiste en forzar a la preforma (blank) a introducirse en el hueco de la matriz (die) mediante la acción de un punzón (punch). La chapa suele estar sujeta a la matriz mediante un sujetador (blankholder) o prensachapa. La fuerza de sujeción del sujetador y la fricción con la chapa controlan la cantidad de material que entra en la matriz y su estiramiento Los radios de acuerdo de la matriz y del punzón no deben provocar la cizalladura del material. En general, los límites prácticos son: 19 4. EMBUTICIÓN Embutido con estiramiento (con sujetador o prensachapa) o profundo: los bordes del material son inmovilizados, y la forma cóncava resultante se obtiene por estiramiento del material (con disminución del espesor y aumento de la superficie de la pieza previa). La holgura entre el punzón y la matriz suele ser un 10% mayor que el espesor de la chapa, suficiente para acomodar el engrosamiento de la chapa a la salida del sujetador o prensachapa (4) 20 4. EMBUTICIÓN Embutido perfecto o sin estirado (sin sujetador o prensachapa): el material se mueve libremente y las compresiones se compensan con los estiramientos, de modo que la superficie final de la chapa no varía, o muy ligeramente (el espesor de la chapa se considera que tampoco varía)  Solo cambio de forma  Siempre que t/Db sea lo suficientemente alta para no originar arrugamiento  chapa gruesa 21 4. EMBUTICIÓN Adelgazado/Planchado de chapa (ironing) Adelgazamiento de la pared de una pieza previamente embutida. Hueco entre el punzón y la matriz inferior al espesor inicial de la chapa Se consigue un espesor de pared uniforme y un alargamiento de la pieza 22 4. EMBUTICIÓN Re-embutición Cuando la relación de embutición es alta, que impide la embutición de una sola vez, el proceso completo se realiza en varios pasos.  El segundo paso y siguientes reciben el nombre de reembuticiones  Objetivo  Reducir el diámetro de una pieza embutida Convencional Inversa La pieza se deforma en el mismo sentido La pieza se deforma en sentido contrario  deformación más homogénea (menos endurecimiento  menos esfuerzo) 23 4. EMBUTICIÓN Ejemplo: fabricación de latas para alimentos y bebidas Casi 100 mil millones de latas para bebidas y 30 mil millones para alimentos (EE.UU) Se encuentran bajo una presión interna de 0,6 MPa. Las aleaciones más comunes son el Al 3004-H19 y el acero A623 ASTM, con recubrimiento electrolítico de Sn 24 4. EMBUTICIÓN 1) Preparación de pieza en bruto (punzonado) 2) Embutido profundo 3) Reembutido (reducir diámetro) 4) Planchado (reducir espesor) 5) Formación de la bóveda 6) Estrangulamiento 7) Costura de la tapa (engargolado) 25 5. CONFORMADO DE CHAPA Estirado de chapa La chapa se sujeta en los extremos por pisadores o mordazas sometiéndola a una tensión de tracción y un punzón ejecuta la fuerza de compresión gradual La combinación de presiones de tracción y compresión hace que la pieza tenga una deformación plástica constante y una baja recuperación elástica lo que hace que, en un solo paso, la pieza sea válida Puede lograr contornos suficientemente complejos 26 5. CONFORMADO DE CHAPA Estirado de chapa Muy empleado en la industria aeronáutica para conformar la chapa de piel del fuselaje de las aeronaves y las alas (bordes de ataque). 27 5. CONFORMADO DE CHAPA Conformado con rodillos Los rodillos van plegando progresivamente la chapa, en distintas etapas. No se pretende adelgazar la chapa como en la laminación, sino sólo conformarla por flexión (plegarla). 28 5. CONFORMADO DE CHAPA Conformado con rodillos 29 5. CONFORMADO DE CHAPA Curvado con rodillos La chapa se hace pasar por un conjunto de tres rodillos para darle una determinada curvatura. La curvatura se controla ajustando la distancia entre los rodillos. 30 5. CONFORMADO DE CHAPA Repujado (conformado rotativo o spinning) El metal se va deformando mediante la compresión efectuada sobre la chapa por parte de un útil y sobre una matriz o mandril rotatorio con la forma definitiva  Piezas de revolución 31 5. CONFORMADO DE CHAPA Plegado de Tubos (a) Plegado por estirado. Reduce la recuperación elástica. (b) Plegado por arrastre de la matriz. La matriz es giratoria y arrastra en su movimiento al tubo. (c) Plegado por compresión o en voladizo. La matriz es fija y el tubo es forzado a adquirir la forma de la matriz por acción de una zapata deslizante. 32 5. CONFORMADO DE CHAPA Hidroconformado Consiste en deformar la chapa contra una membrana de caucho presurizada, encargada de transmitir la presión a los detalles de la pieza  piezas de una gran complejidad. La presión del fluido empuja las paredes de la chapa contra el punzón, ayudando a la embutición, adoptando su forma Proceso cada vez más importante y de amplio uso en la industria actual por el excelente control que se puede realizar del proceso 33 5. CONFORMADO DE CHAPA Hidroconformado Tubos  Consiste en conformar un tubo mediante la aplicación controlada de presión interna con fluido y compresión en los extremos del mismo  Se consiguen así resaltos y pliegues de bastante complejidad 34