Resumen
los
procesos de deformación volumétrica se realizan en operaciones de trabajo
enfrío, y caliente tanto por arriba como por debajo de la temperatura de
cristalización. El trabajo en frío o debajo de la temperatura de cristalización
es apropiado cuando el cambio de forma es menos severo y hay necesidad de
mejorar las propiedades mecánicas, o alcanzar un buen acabado en la pieza
final. El trabajo en caliente se requiere generalmente cuando involucra la
deformación volumétrica de grandes piezas de trabajo .La importancia
tecnológica y comercial de los procesos de deformación volumétrica surge a
partir de lo siguiente: Con las operaciones de trabajo
en caliente se pueden lograr cambios significativos en la forma de
las piezas de trabajo. Las operaciones de trabajo en frío se
pueden usar no solamente para dar forma al producto, sino también para
incrementar su resistencia mediante el endurecimiento por
deformación. Estos procesos producen poco o ningún desperdicio como
subproducto de la operación.
Abstract
volumetric
deformation processes are carried out in working operations cooled, and hot
both above and below the crystallization temperature. The cold working or below
the crystallization temperature is appropriate when the change in shape is less
severe and there is need to improve the mechanical properties, or to achieve a
good finish in the final part. Hot work is usually required when it involves
the volumetric deformation of large pieces of work .The technological and commercial
importance of the processes of volumetric strain arises from the following:
With hot work operations can achieve significant changes in the shaped
workpieces. The cold working operations can be used not only to shape the
product, but also to increase its strength by hardening. These processes
produce little or no waste as a byproduct of operation.
Introducción
La elasticidad es estudiada por la teoría de la
elasticidad, que a su vez es parte de la mecánica de sólidos
deformables. La teoría de la elasticidad (TE) como la mecánica de sólidos (MS)
deformables describe cómo un sólido (o fluido totalmente confinado) se mueve y
deforma como respuesta a fuerzas exteriores. La diferencia entre la TE y la MS
es que la primera solo trata sólidos en que las deformaciones son
termodinámicamente reversibles y en los que el estado tensiones
La propiedad elástica de los materiales está relacionada, como
se ha mencionado, con la capacidad de un sólido de sufrir transformaciones
termodinámicas reversibles e independencia de la velocidad de
deformación (los sólidos viscoelásticos y los fluidos, por
ejemplo, presentan tensiones dependientes de la velocidad de deformación).
Cuando sobre un sólido deformable actúan fuerzas exteriores y éste se deforma
se produce un trabajo de estas fuerzas que se almacena en el cuerpo en forma de
energía potencial elástica y por tanto se producirá un aumento de la energía
interna. El sólido se comportará elásticamente si este incremento de
energía puede realizarse de forma reversible, en este caso se dice que el
sólido es elástico.
PUNZONADO O CORTE DE LA CHAPA
El punzonado es una operación mecánica con la
cual mediante herramientas especiales aptas para el corte se consigue separar
una parte metálica de otra obteniéndose una figura determinada.
La relación entre espeso S de la chapa y el
diámetro D del punzón resulta a S/D para la chapa de hierro y punzón de acero,
con valor de 1,2 máximo.
Por lo tanto la chapa de hierro, para ser
cortada debe tener un espesor menor o igual al diámetro del punzón (D).
Descripción de una estampa
El corte de la chapa se realiza mediante una
matriz de corte o hierro de cortar.
Se compone la matriz de dos pares :
Punzón
Matriz (propiamente dicha)
Además si es completa :
Mazo (guía del punzón)
Dos chapas (pasillo de circulación de la tira
de chapa)
Sistema de tope
Desgaste de matriz
El esfuerzo de corte afecta los filos luego
de producir una gran cantidad de piezas, como consecuencia tenemos piezas con
rebabas y contorno indefinido y por ende se necesita rehabilitar la matriz,
perdiendo en el proceso hasta 1 mm, siendo la cota de afilado max..de 6 mm, a
razón promedio de 0,15 mm por cada rectificado, resultando posible rectificar
unas 40 veces, produciendo por lo tanto 1.000.000 en total.
Juego entre punzón y matriz
El juego entre punzón y matriz depende del
grueso de la chapa.
El juego es aplicable para una chapa de gran
espesor y será mayor para acero duro que para acero dulce o aluminio, etc.
El valor del juego es entre el 5 a 13%
dependiendo del espesor de la chapa.
Determinado el juego correcto se aumenta la
duración de la herramienta.
Disposición de la figura
La mejor disposición de la figura a cortar
asegura una pérdida de material mínima.
La separación mínima de figuras a cortar
nunca debe ser menor al espesor de la chapa.
Corte con punzón de goma
El punzón de goma es apto para aleaciones
ligeras. Se corta en una sola operación sobre una plancha de acero de unos 6 mm
y una almohadilla de goma, no experimentando desgaste apreciable luego de una
gran cantidad de piezas.
El uso de este procedimiento es limitado a
finas chapas, hasta 0,25 mm.
Esfuerzo de corte
En el contacto con la chapa, el punzón
comprime y luego corta. La dilatación del material produce contra las paredes
de la matriz rozamiento durante el corte, y por ende necesitando un mayor
esfuerzo.
Un buen centrado garantiza un menor desgaste
de guías laterales y evita resquebrajamientos de aristas del punzón y la
matriz.
Tipos de estampa
Estampa sencilla
Estampa abierta con guía punzones
Estampa cerrada con guía punzones y guías
laterales
Estampa abierta con columnas de alimentación
Estampa con sujetados y columnas de guía
Estampa abierta con portapunzón y sujetador
Estampa abierta con guías y resorte de
repulsión
Estampas para doblar y curvar (tipos y
formas)
Dos tipos :
Punzón y matriz en prensa de doblar
Punzón y matriz para estampa
En el primer caso es para chapa standard que
necesita se doblada (de gran longitud).
La segunda es para piezas de longitud
limitada usando una matriz de igual forma para ello.
En el principio de la operación el fenómeno
de flexión.
En una misma chapa pueden efectuarse varios
doblados pero por cada operación debe limpiarse la estampa (eliminación de
cascarilla)
Durante el doblado la pieza debe permanecer
inmóvil para evitar un doblado desfasado.
Arrollamiento
Para este procedimiento se requiere un
doblado previo del extremo de la chapa mediante un estampado previo.
En el arrollamiento un punzón empuja a la
chapa con un extremo precurvado dentro de una matriz, obligándola a arrollarse
en el fondo de la misma.
Este procedimiento puede ser tanto vertical
como horizontal(dispositivos especiales que convierte movimiento) siendo
imprescindible el curvado previo de la chapa para evitar el ladeamiento del
extremo.
Organos elásticos de presión
Tienen por objetivo facilitar el doblado de
la pieza :
Sosteniendo la pieza
Obligándola a mantener la posición
Acompañándola en al operación
Extrayéndola al finalizar
Tipos de estampa para doblar
Estampa para doblado de soportes
Estampa con dos columnas de guía para doblado
en U
Estampa para doblado múltiple
Estampa con matriz giratoria
Estampa con punzones oscilantes
Estampa con matrices móviles
Estampa con dispositivo autoalimentador
Estampas para embutir
El embutido se produce por la penetración del
punzón en la matriz.
La chapa (disco) debe pasar entre el punzó y
la matriz de modo preciso (admitiendo cierto juego) para evitar la aparición de
pliegues en las paredes de la pieza. Como regla general podemos decir que, a
mayor espesor, menor posibilidad de formación de pliegues.
La estampa puede montarse en una prensa
excéntrica o de mano.
Con estampas sencillas se pueden modificar un
perfil esbozado para obtener el definitivo.
Con punzones de goma se pueden embutir
recipientes a fin de abobarlos, actuando en su interior de modo que al
comprimirse verticalmente y expandiéndose hacia los lados logran la forma. Se
emplea en chas de metal ligero.
El achaflanado de los borde de la matriz
ayudan a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación
de embutir.
Es conveniente hacer agujero pequeños en la
matriz para evacuar el aire encerrado.
Estampas para trabajos mixtos progresivos
Estampas múltiples (o de paso)
Se entiende por trabajo progresivo de
estampado la serie de operaciones sucesivas que transforman gradualmente, con
una misma estampa, una chapa plana, una tira o una cinta, a fin de obtener
piezas con otra forma .
El procedimiento consiste en un mínimo de dos
fases, a saber : corte y doblado, o embutido y corte
El objetivo es el poder obtener en un solo
tiempo y con una sola estampa una serie de operaciones sucesivas.
Es necesario que los punzones estén paralelos
entre si y actúen sincronizados haceindolos trabajar en forma regular.
Estampas combinadas (de bloque)
Son estampas que por tener acción mixta,
tiene sus útiles combinados (no en línea), realizando el proceso en una sola
operación.
Las operaciones que combinan pueden ser de
corte, embutido, doblado, agujereado, etc.
Por lo tanto tendremos por ejemplo :
Estampas de doblar y embutir
Estampas de cortar y embutir
Estampas de cortar, embutir y agujerear.
ESTAMPADO (EN CALIENTE)
El estampado en caliente se diferencia de la
forja libre por le modo de realizar la operación.
Esto es, que la deformación plástica del
material pastoso (precalentado) se realiza en estampas cerradas.
Las estampas en caliente funcionan con dos
partes básica : la inferior o yunque, y la superior o masa.
Se puede realizar el proceso con martinete,
martillos pistón, prensa mecánico o hidráulica o en balancín.
Las operaciones son :
Calentar los trozos (a 1100ºC aprox.)
Esbozado (forjadura)
Estampado
Corte de rebabas en matriz
Tratamiento térmico (recomposición del
material)
Arenado (limpieza)
Acuñado (en frío, detalles)
El material esbozado, sean en lingote o
trozos de barra, después de haber sido calentado es colocado en la cavidad de
la estampa que esta fija sobre el yunque de la máquina. Al acercarse la estampa
superior con fuerza dinámica, el material pastoso fluye e invade todo del
interior asumiendo la forma de la estampa.
Según la forma de la pieza, el trozo de
material es colocado horizontal o vertical para que as í las fibras se
deformen de esa manera.
Ejemplo : si es una rueda se coloca
vertical el trozo ; y si es una biela en forma horizontal (las fibras se
deforman en forma horizontal).
La cantidad de material es en proporción de
la pieza y por lo tanto el sobrante de este se aloja pasando a través de la
corona (deposito de material sobrante) en el exterior de la figura.
Este procedimiento tiene como ventaja que el
material ocupa todo el molde uniformemente y este impacto le da mayor
compacticidad molecular.
Criterios de orientación según los elementos
a estampar
Previendo la exigencia funcional de la pieza
esta es realizada teniendo en cuenta la apertura de la estampa que no debe
presentar problemas en la extracción (ángulo de desmolde)
Línea de rebabas
Es una delgada “cornisa” periférica y es la
línea del limite en que se produce la deformación teniendo en cuenta siempre el
desmolde.
Diseño de elementos en estampado en caliente
Sobremetal :de pequeñas dimensiones
hasta 1 mm
de medianas dimensiones hasta 1,5 mm
de mayores dimensiones + de 2 mm
debe ser el mínimo imprescindible para que no
se necesite gran corrección dimensional(maquinados)
Angulo de deformación : de 5 a 7º
Redondeado de aristas : para evitar
tensiones por contracción y fracturas por cambio de sección.
Tolerancias : tanto horizontales como
verticales, por contracción y mecanizados posteriores o desplazamiento de las
estampas(descentradas), por oxidación de las estampas por temperatura
Piezas complejas
Las piezas mecánicas que, por su forma muy
compleja son difíciles de producir en una sola operación, se obtienen por
estampado y luego se las fusiona formando la pieza definitiva.
Ejemplo : válvula de alta presión ;
obtenerla en una sola pieza sería muy caro y dificultoso por ende se la produce
partida en dos partes (en la misma estampa) que luego se unen por soldadura.
Tipos de estampas en caliente
Estampa de acabado simple : mediana
producción 5000 piezas aprox.
Estampa simple con matrices postizas :
limita y economiza el uso de acero caro.
Estampa múltiple con matrices postizas :
varias piezas.
Estampa de esbozo y acabado : traslado
de la pieza en sucesión de fases, de indefinido a acabado de estampación.
Corte de rebabas : por punzón en estampa
y semicaliente.
Acuñado
Realizado en frío, con lubricación de niebla
de aceite para facilitar el deslizamiento.
Se hace en prensa de rótula a su máxima
fuerza con estampa pulida
RECALCADO
Es la deformación plástica en caliente de
barras de longitud comercial.
El forjado es por medio de una presión de la
cabeza axial de la cabeza o sección del abarra, teniendo un ciclo de trabajo
breve y completo con rendimiento mayor al de los martinetes y prensas.
La desventaja es que el campo de empleo es
limitado.
Sistemas y ciclos
El ciclo consiste básicamente en calentar la
barra a temperatura de forja (1100ºC aprox), colocarla en matrices gemelas que
funcionan como bloqueo para luego introducir el punzón que golpea la parte
saliente dando forma.
Si la pieza sale de la barra esta puede ser
recortada luego del recalcado.
Se puede recalcar en un posición diferente a
al de la cabeza a fin de obtener una corona cilíndrica o esférica de mayor
diámetro.
El recalcado habitualmente se hace en varia
pasadas sucesivas ; consiguiendo piezas sin rebabas ni desfasajes de
formas y con formas medianamente complejas y con agujeros.
Electrorecalcado (esbozado rápido)
El calentamiento de la barra, por energía
eléctrica, da como ventaja una autonomía de la fuente de calor y por ende es
aplicable una deformación progresiva a medida que se genera el calor.
Tiene como desventaja una mala terminación
que deben se terminadas en su forma definitiva mediante las estampas aplicadas
en las prensas, por lo que se lo utiliza solo para un esbozado previo.
Se pueden electrorecalcar barras de 15 a 60
mm de diámetro
TROQUELADO
El troquel o matriz es
un instrumento o máquina de bordes cortantes para recortar o estampar, por
presión, planchas, cartones, cueros, etc. El troquelado es, por ejemplo, una de
las principales operaciones en el proceso de fabricación de embalajes de cartón.
El
troquel consiste en:
·
Una base de una matriz con mayor resistencia o
dureza que las cuchillas o estampa de elaboración de la pieza.
·
Las regletas cortadoras o hendedoras. Sus funciones
son las siguientes:
·
cortar,
bien para perfilar la silueta exterior, bien para fabricar ventanas u orificios
interiores
·
hender,
para fabricar pliegues
·
perforar,
con el fin de crear un precortado que permita un fácil rasgado
·
semicortar,
es decir, realizar un corte parcial que no llegue a traspasar la plancha
·
Gomas. Gruesos bloques de goma que se colocan junto
a las cuchillas y cuya función es la de separar por presión el recorte
sobrante.
TIPOS DE TROQUEL
Existen
dos tipos básicos de troqueles:
1.
Troquel plano. Su
perfil es plano y la base contra la que actúa es metálica. Su movimiento es
perpendicular a la plancha consiguiendo así una gran precisión en el corte.
2.
Troquel rotativo.
El troquel es cilíndrico y la base opuesta está hecha con un material flexible.
Al contrario que en el troquelado plano, el movimiento es continuo y el
registro de corte es de menor precisión. Ello es debido a que la incidencia de
las cuchillas sobre la plancha se realiza de forma oblicua a la misma. Los
embalajes fabricados en rotativo son, por tanto, aquellos que no presentan
altas exigencias estructurales tales como las wrap around o algunas bandejas. Por su
movimiento continuo, el troquelado rotativo consigue mayores productividades en
fabricación que el plano.
En
la industria del cartón ondulado se
utilizan indistintamente ambos tipos de troquel, si bien en la fabricación de cartoncillo se da el plano por sus mayores necesidades de
precisión. En la industria del calzado se utiliza el troquel plano, realizado
con un fleje especial de acero dispuesto perpendicularmente a la
piel que descansa sobre una superficie plana. El fleje está reforzado con
platinas de hierro que mantienen la perpendicularidad de éste.
El
diseño del troquel viene definido por las necesidades del envasador pudiendo
conferir a la caja las más variadas formas. Su fabricación es todavía muy
artesanal realizándose siempre bajo pedido.
Cizallado
El corte del metal implica su sostenimiento a un
esfuerzo de corte, superior a su resistencia límite, entre filos cortantes
adyacentes como se muestra en la figura 22. Conforme el punzón desciende sobre
el metal, la presión produce una deformación plástica que tiene lugar como en B
en la figura. El metal se somete a un esfuerzo muy alto entre los filos de la
matriz y el punzón, y las fracturas se inician en ambos lados de la lámina a
medida que continúa la deformación. Cuando se alcanza el límite de resistencia
del material la fractura progresa; si el juego es correcto, y ambos filos
tienen el mismo aguzado, las fracturas se encuentran en el centro de la lámina
como se muestra en C. el valor del juego, que desempeña un papel importante en
el diseño de matrices depende de la dureza del material. Para el acero deberá
ser del 5 al 8 % del espesor del material por lado. Si se usa un juego
inadecuado, las fracturas no coinciden, y en cambio, deben atravesar todo el
espesor de la lámina, consumiendo más potencia.
a) Punzón en contacto con la lámina.
b) Deformación plástica.
c) Fractura completa.
Cizallas de escuadrar
Esta máquina se usa exclusivamente para cizallar
láminas de acero y se fabrica tanto `para operación manual como la operada con
motor. Se puede colocar lámina con un ancho mayor de 3m. Están provistas de
pisadores hidráulicos cada 300mm para prevenir cualquier movimiento de la
lámina durante el corte. En la operación, la lámina avanza sobre la bancada de
manera que la línea de corte se encuentre bajo la cuchilla. Cuando se acciona
el pedal, los pisadores descienden y las cuchillas cortan progresivamente a lo
largo de la lámina.
