Dibujos profundos - Deep drawing

Ejemplo de pieza embutida

La embutición profunda es un proceso de formación de chapa en el que una pieza en bruto de chapa se estira radialmente en una matriz de formación mediante la acción mecánica de un punzón. Por tanto, es un proceso de transformación de forma con retención de material. El proceso se considera embutido "profundo" cuando la profundidad de la pieza embutida supera su diámetro. Esto se logra redibujando la pieza a través de una serie de troqueles. La región de la brida (chapa en el área del hombro de la matriz) experimenta una tensión de estiramiento radial y una tensión de compresión tangencial debido a la propiedad de retención del material. Estas tensiones de compresión (tensiones de aro ) dan como resultado arrugas en la pestaña (arrugas de primer orden). Las arrugas se pueden prevenir mediante el uso de un soporte en blanco, cuya función es facilitar el flujo de material controlado en el radio de la matriz.

Proceso

La carga de estirado total consiste en la carga de conformado ideal y un componente adicional para compensar la fricción en las áreas de contacto de la región de la pestaña y las fuerzas de flexión, así como las fuerzas de flexión en el radio de la matriz. La carga de conformación se transfiere desde el radio del punzón a través de la pared de la pieza estirada a la región de deformación (pestaña de chapa). En la pared de la pieza dibujada, que está en contacto con el punzón, la deformación del aro es cero, por lo que se alcanza la condición de deformación plana . En realidad, la mayor parte de la condición de deformación es solo aproximadamente plana. Debido a las fuerzas de tracción que actúan en la pared de la pieza, el adelgazamiento de la pared es prominente y da como resultado un grosor de pared de la pieza desigual, de modo que el grosor de la pared de la pieza es más bajo en el punto donde la pared de la pieza pierde contacto con el punzón, es decir, en el radio del punzón. .

El espesor de pieza más delgado determina la tensión máxima que se puede transferir a la zona de deformación. Debido a la constancia del volumen del material, la pestaña se engrosa y da como resultado el contacto del soporte de la pieza en bruto en el límite exterior en lugar de en toda la superficie. La tensión máxima que se puede transferir de forma segura desde el punzón a la pieza en bruto establece un límite en el tamaño máximo de la pieza en bruto (diámetro inicial de la pieza en bruto en el caso de piezas en bruto simétricas de rotación). Un indicador de la conformabilidad del material es la relación de estirado límite (LDR), definida como la relación entre el diámetro máximo de la pieza en bruto que puede introducirse de forma segura en una copa sin pestaña y el diámetro del punzón. La determinación del LDR para componentes complejos es difícil y, por lo tanto, la pieza se inspecciona en busca de áreas críticas para las que es posible una aproximación. Durante la embutición profunda severa, el trabajo del material se endurece y puede ser necesario recocer las piezas en hornos de atmósfera controlada para restaurar la elasticidad original del material.

Las aplicaciones comerciales de este proceso de conformación de metales a menudo involucran geometrías complejas con lados y radios rectos. En tal caso, el término estampado se utiliza para distinguir entre los componentes de embutición profunda (tensión radial-compresión tangencial) y de estiramiento y doblado (a lo largo de los lados rectos). El embutido siempre va acompañado de otras técnicas de conformado dentro de la prensa. Estos otros métodos de formación incluyen:

  • Rebordear: El material se desplaza para crear un anillo de material de diámetro mayor o menor más allá del diámetro del cuerpo original de una pieza, que a menudo se usa para crear asientos de juntas tóricas.
  • Perforación inferior: se corta una parte redonda o con forma de metal de la parte dibujada.
  • Abultamiento: en el proceso de abombamiento, una parte del diámetro de la pieza se ve obligada a sobresalir de la geometría circundante.
  • Acuñación: el material se desplaza para formar formas específicas en la pieza. Normalmente, el acuñado no debe exceder una profundidad del 30% del espesor del material.
  • Rizado: el metal se enrolla debajo de un dado rizador para crear un borde enrollado.
  • Extrusión: después de perforar un orificio piloto, se empuja un punzón de mayor diámetro, lo que hace que el metal se expanda y crezca en longitud.
  • Planchado / Adelgazamiento de la pared: El planchado es un proceso para reducir el grosor de la pared de las piezas. Normalmente, el planchado no debe exceder una profundidad del 30% del espesor del material.
  • Estrechamiento: una parte de la pieza se reduce en diámetro a menos que el diámetro principal.
  • Muescas: se corta una muesca en el extremo abierto de la pieza. Esta muesca puede ser redonda, cuadrada o con forma.
  • Formación de costillas: la formación de costillas implica la creación de una costilla que sobresale hacia adentro o hacia afuera durante el proceso de dibujo.
  • Perforación lateral: se perforan agujeros en la pared lateral de la parte dibujada. Los agujeros pueden ser redondos o con forma según especificaciones.
  • Estampado / Marcado: este proceso se utiliza normalmente para poner identificación en una pieza, como un número de pieza o identificación del proveedor.
  • Roscado: Con una rueda y un eje, los hilos se forman en una pieza. De esta manera se pueden producir piezas roscadas dentro de la prensa de estampado.
  • Recorte: En el proceso de Recorte, el exceso de metal que es necesario para dibujar la pieza se corta de la pieza terminada.

A menudo, los componentes están parcialmente embutidos para crear una serie de diámetros en todo el componente (como en la imagen de la línea de embutición profunda). Es común considerar este proceso como una alternativa de ahorro de costos a las piezas torneadas que requieren mucha más materia prima.

Ejemplo de línea dibujada profunda

La secuencia de componentes embutidos se denomina "línea de embutido profundo". El número de componentes que forman la línea de embutición profunda viene dado por la cantidad de "estaciones" disponibles en la prensa. En el caso de las prensas mecánicas, esto está determinado por el número de levas en el eje superior.

Para producciones en serie de alta precisión, siempre es recomendable utilizar una prensa de transferencia también conocida como prensa de ojales. La ventaja de este tipo de prensa, con respecto a las prensas progresivas convencionales, es que las piezas se transfieren de una matriz a la siguiente mediante los denominados "dedos". Los dedos no solo transfieren las piezas, sino que también guían el componente durante el proceso. Esto permite que las piezas se dibujen a las profundidades más profundas con las tolerancias más estrictas.

Otros tipos de prensas:

  • Prensa de transferencia de troquelado: la pieza se transfiere a través de los dedos de transferencia a medida que avanza en el proceso de formación. Los componentes de herramientas unidos a las placas de matriz permiten que la matriz se instale en la prensa como una sola unidad.
  • ICOP (Prensa operada individualmente por leva): la pieza se transfiere mediante dedos de transferencia a medida que la pieza avanza en el proceso de conformado. Los componentes de la matriz se instalan en la prensa una estación a la vez.
  • Prensa de matriz progresiva: la pieza se transporta en la cinta de acero a medida que avanza en el proceso de conformado.

Variaciones

La embutición profunda se ha clasificado en embutición profunda convencional y no convencional . El objetivo principal de cualquier proceso de embutición profunda no convencional es ampliar los límites de conformabilidad del proceso. Algunos de los procesos no convencionales incluyen embutición profunda hidromecánica, proceso Hydroform, proceso Aquadraw, proceso Guerin, proceso Marform y el proceso de embutición profunda hidráulica, por nombrar algunos.

El proceso de Marform, por ejemplo, opera utilizando el principio de las técnicas de formación de almohadillas de goma. Se pueden formar partes empotradas profundas con paredes verticales o inclinadas. En este tipo de conformado, el equipo de matrices emplea una almohadilla de goma como mitad de herramienta y una mitad de herramienta sólida, similar a la matriz en un juego de matrices convencional, para formar un componente en su forma final. Los troqueles están hechos de aleaciones ligeras fundidas y la almohadilla de goma es 1,5-2 veces más gruesa que el componente que se va a formar. Para Marforming, las prensas de acción simple están equipadas con cojinetes de matriz y soportes para troqueles. La pieza en bruto se mantiene contra la almohadilla de goma mediante un soporte de la pieza en bruto, a través del cual actúa un punzón como en la embutición profunda convencional. Se trata de un aparato de doble efecto: al principio el pistón se desliza hacia abajo, luego se mueve el soporte de la pieza en bruto: esta característica le permite realizar dibujos profundos (30-40% de dimensión transversal) sin arrugas.

Los usos industriales de los procesos de embutición profunda incluyen carrocerías y piezas estructurales de automóviles, componentes de aviones, utensilios y electrodomésticos. Las piezas complejas se forman normalmente usando matrices progresivas en una sola prensa de conformado o usando una línea de prensa.

Materiales de la pieza y requisitos de potencia

Los materiales más blandos son mucho más fáciles de deformar y, por lo tanto, requieren menos fuerza para extraerlos. La siguiente es una tabla que demuestra la fuerza de tracción a la reducción porcentual de los materiales de uso común.

Fuerza de tracción requerida para diversos materiales y reducciones [kN]
Material Reducción porcentual
39% 43% 47% 50%
Aluminio 88 101 113 126
Latón 117 134 151 168
Acero laminado en frío 127 145 163 181
Acero inoxidable 166 190 214 238

Materiales de herramientas

Los punzones y matrices generalmente están hechos de acero para herramientas , sin embargo, a veces se usa acero al carbono más barato (pero más blando) en aplicaciones menos severas. También es común ver el uso de carburos cementados donde está presente una alta resistencia al desgaste y a la abrasión. Los aceros de aleación se utilizan normalmente para el sistema de expulsión para expulsar la pieza y en soportes de focos duraderos y resistentes al calor.

Lubricación y enfriamiento

Se utilizan lubricantes para reducir la fricción entre el material de trabajo y el punzón y la matriz. También ayudan a quitar la pieza del punzón. Algunos ejemplos de lubricantes utilizados en las operaciones de estirado son las emulsiones para trabajos pesados, los fosfatos, el plomo blanco y las películas de cera . Las películas de plástico que cubren ambos lados de la pieza mientras se usan con un lubricante dejarán la pieza con una superficie fina.

Ver también

Referencias

Bibliografía