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Los mejores procesos y equipos de conformado de chapa metálica

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FIGURA 1 Ejemplos de piezas de chapa metálica.

(a) Piezas estampadas.
(b) Piezas producidas por hilatura.

Ejemplos de piezas de chapa

CUADRO 1 Características generales de la hoja-conformado de metales Procesos (por orden alfabético)

Proceso de formación Características
Dibujo Piezas poco profundas o profundas con formas relativamente sencillas, altos índices de producción y elevados costes de herramientas y equipos.
Explosivo Chapas grandes con formas relativamente sencillas, bajo coste de utillaje pero alto coste de mano de obra, producción de poca cantidad, tiempos de ciclo largos
Incremental Simple a moderadamente formas complejas con buen acabado superficial; bajos índices de producción, pero sin necesidad de herramientas específicas; materiales limitados
Pulso magnético Operaciones de conformado poco profundo, abombado y gofrado en chapas de resistencia relativamente baja, requiere utillaje especial.
Peen Contornos poco profundos en chapas grandes, flexibilidad de funcionamiento, costes de equipo generalmente elevados, proceso también utilizado para enderezar piezas conformadas.
Rollo Piezas largas con secciones transversales constantes, simples o complejas, buen acabado superficial, altos índices de producción, altos costes de utillaje
Goma Dibujo y estampado de formas sencillas o relativamente complejas, superficie de la chapa protegida por membranas de caucho, flexibilidad de funcionamiento, bajos costes de utillaje
Girando Piezas axisimétricas pequeñas o grandes; buen acabado superficial; bajo coste de utillaje, pero los costes de mano de obra pueden ser elevados a menos que las operaciones estén automatizadas.
Estampación Incluye una amplia variedad de operaciones, como punzonado, troquelado, estampado, plegado, rebordeary acuñación; formas simples o complejas formadas a altos índices de producción; los costes de herramientas y equipos pueden ser elevados, pero el coste de la mano de obra es bajo.
Estire Piezas grandes con contornos poco profundos, producción de baja cantidad, altos costes de mano de obra, los costes de herramientas y equipos aumentan con el tamaño de la pieza.
Superplástico Formas complejas, detalles finos y tolerancias dimensionales estrechas, tiempos de conformado largos (por lo que los índices de producción son bajos), piezas no aptas para uso a alta temperatura.

FIGURA 2

(a) Ilustración esquemática del cizallado con punzón y matriz, indicando algunas de las variables del proceso.
Rasgos característicos de
(b) un orificio perforado y
(c) la babosa.
(Nótese que las escalas de (b) y (c) son diferentes).

Ilustración esquemática del cizallado con punzón y matriz

FIGURA 3

(a) Efecto de la holgura, c, entre el punzón y la matriz sobre la zona de deformación en el cizallamiento. A medida que aumenta la holgura, el material tiende a introducirse en la matriz en lugar de cizallarse. En la práctica, las holguras suelen oscilar entre 2 y 10% del espesor de la chapa.
(b) Contornos de microdureza (HV) de un acero laminado en caliente AISI 1020 de 6,4 mm de espesor en la región cizallada.

liquidación

FIGURA 4

(a) Perforación (piercing) y blanking.

(b) Ejemplos de diversas operaciones de troquelado en chapa metálica.

La punción consiste en cortar la hoja para formar una lengüeta.

Perforación y troquelado

FIGURA 5

(a) Comparación de los bordes cizallados producidos por técnicas convencionales (izquierda) y por técnicas de cegado fino (derecha).

(b) Ilustración esquemática de un montaje para blanqueo fino.

bordes cizallados

FIGURA 6 Corte con cuchillas giratorias.

Este proceso es similar al de abrir latas.

Corte con cuchillas giratorias

FIGURA 7 Ejemplo de piezas brutas soldadas con Taylor

Fabricación por láser de un panel lateral exterior de la carrocería de un automóvil soldadura a tope y estampación.

Piezas brutas soldadas

FIGURA 8 Ejemplos de componentes de carrocería de automóvil soldados a tope por láser y estampados.

componentes de carrocería de automóvil soldados a tope y estampados por láser

FIGURE 9 

Ilustraciones esquemáticas del proceso de afeitado.

(a) Afeitado de un borde cizallado.

(b) Esquilado y rasurado combinados en una sola pasada.

Ilustraciones esquemáticas del proceso de afeitado

FIGURA 10 Ejemplos de utilización de ángulos de corte en punzones y matrices.

el uso de ángulos de corte en punzones y matrices

FIGURE 11  Ilustraciones esquemáticas

(a) antes y (b) después de blanquear una arandela común en una matriz compuesta.

Observe los movimientos separados de la matriz (para el troquelado) y el punzón (para perforar el agujero en la arandela).

(c) Ilustración esquemática de la fabricación de una arandela en una matriz progresiva.

(d) Conformado de la pieza superior de un bote de aerosol en una matriz progresiva.

Tenga en cuenta que la pieza queda sujeta a la banda hasta que se completa la última operación.

corte de una arandela común en una matriz compuesta

CUADRO 2  Características importantes del metal para operaciones de conformado de chapa

Característica Importancia
Alargamiento Determina la capacidad de la chapa metálica para estirarse sin que se formen cuellos ni se produzcan fallos; son deseables un exponente de endurecimiento por deformación (n) y un exponente de sensibilidad a la velocidad de deformación (m) elevados.
Alargamiento del punto de producción Típicamente observado en chapas de acero dulce (también llamadas bandas de Luder o tensiones de estirado); da lugar a depresiones en la superficie de la chapa; puede eliminarse mediante laminado en caliente, pero la chapa debe formarse en un cierto tiempo después del laminado.
Anisotropía (planar) Presenta un comportamiento diferente en las distintas direcciones planas, está presente en las chapas laminadas en frío debido a la orientación preferente o al fibrado mecánico, provoca orejas en la embutición profunda, puede reducirse o eliminarse mediante recocido pero con menos fuerza
Anisotropía (normal) Determina el comportamiento de adelgazamiento de las chapas metálicas durante el estiramiento, importante en la embutición profunda.
Granulometría Determina rugosidad superficial sobre chapa estirada; cuanto más grueso es el grano, más áspero es el aspecto (como una piel de naranja); también afecta a la resistencia y ductilidad del material.
Tensiones residuales Causada normalmente por una deformación no uniforme durante el conformado, provoca la distorsión de la pieza al seccionarla, puede provocar grietas por corrosión bajo tensión, reducidas o eliminadas mediante el alivio de tensiones.
Springback Debido a la recuperación elástica de la chapa deformada plásticamente tras la descarga, provoca la distorsión de la pieza y la pérdida de precisión dimensional, puede controlarse mediante técnicas como el sobredoblado y el fondo del punzón
Wrnkling Causada por tensiones de compresión en el plano de la chapa; puede ser objetable; dependiendo de su extensión, puede ser útil para conferir rigidez a las piezas aumentando su módulo de sección; puede controlarse con la herramienta y el material adecuados. diseño de troqueles
Calidad de los bordes cizallados Depende del proceso utilizado; los bordes pueden ser ásperos, no cuadrados y contener grietas, tensiones residuales y una capa endurecida por el trabajo, todo lo cual es perjudicial para la conformabilidad de la chapa; la calidad del borde puede mejorarse mediante un corte fino, reduciendo la holgura, afeitando y mejorando la herramienta y la calidad de la chapa. diseño de troqueles y lubricación
Estado de la superficie de la chapa Depende de la práctica de laminado de chapas; importante en el conformado de chapas, ya que puede provocar desgarros y una mala calidad de la superficie.

FIGURA 12

(a) Alargamiento del punto de fluencia en una probeta de chapa metálica.

(b) Bandas de Lüder en una chapa de acero de bajo contenido en carbono.

(c) Cepas de camilla en el fondo de una lata de acero para productos domésticos.

Alargamiento del punto de fluencia en una probeta de chapa metálica

FIGURA 13 

(a) Un ensayo de embutición (ensayo Erichsen) para determinar la conformabilidad de las chapas metálicas.

(b) Resultados del ensayo de abombamiento en chapas de acero de distintas anchuras. La probeta situada más a la izquierda está sometida, básicamente, a tracción simple. La probeta situada más a la derecha se somete a un estiramiento biaxial igual.

determinar la conformabilidad de las chapas

FIGURA 14 

(a) Deformaciones en patrones de rejilla circular deformados.

(b) Diagramas de límite de deformación (FLD) de varias chapas metálicas. Aunque la deformación mayor es siempre positiva (estiramiento), la menor puede ser positiva o negativa. R es la anisotropía normal de la chapa, como se describe en el apartado 4.

Deformaciones en retículas circulares deformadas

FIGURE 15 

La deformación de la retícula y el desgarro de la chapa durante el conformado. Los ejes mayor y menor de los círculos se utilizan para determinar las coordenadas en el diagrama de límite de conformado de la Fig. 14b.

La deformación de la retícula y el desgarro de la chapa durante el conformado

FIGURA 16 

Terminología de la flexión. Tenga en cuenta que la radio de curvatura se mide hasta la superficie interior de la pieza doblada.

Terminología de la flexión

FIGURA 17 

(a) y (b) Efecto de las inclusiones alargadas (stringers) sobre la fisuración en función de la dirección de flexión con respecto a la dirección original de laminación de la chapa.

(c) Grietas en la superficie exterior de una tira de aluminio doblada en un ángulo de 90°. Obsérvese también el estrechamiento de la superficie superior en la zona de doblado (debido al efecto Poisson).

Efecto de las inclusiones alargadas (stringers) en la fisuración

CUADRO 3  Radio de curvatura mínimo de varios metales a temperatura ambiente

Material Condición
Suave Duro
Aleaciones de aluminio 0 6T
Cobre berilio 0 4T
Latón (sin plomo) 0 2T
Magnesio 5T 13T
Acero inoxidable austenítico 0.5T 6T
Bajo contenido en carbono, baja aleación y HSLA 0.5T 4T
Titanio 0.7T 3T
Aleaciones de titanio 2.6T 4T

FIGURA 18 

Relación entre R/T y la reducción del área de tracción de las chapas metálicas. Obsérvese que las chapas metálicas con una reducción de área por tracción 50% pueden doblarse sobre sí mismas en un proceso similar al plegado de un trozo de papel sin que se agrieten.

Relación entre el RT y la reducción de superficie por tracción para chapas metálicas

FIGURE 19 

Springback en la flexión. La pieza tiende a recuperarse elásticamente después del doblado, y su radio de curvatura aumenta. En determinadas condiciones, es posible que el ángulo de curvatura final sea menor que el ángulo original (negativo springback).

Springback en flexión

FIGURA 20  Métodos para reducir o eliminar el springback en las operaciones de plegado.

Métodos para reducir o eliminar el springback en las operaciones de plegado

FIGURA 21 

Operaciones habituales de plegado de troqueles mostrando la dimensión de apertura del troquel, W, utilizado en el cálculo de las fuerzas de flexión.

Operaciones habituales de troquelado

FIGURE 22  Ejemplos de diversas operaciones de plegado.

Ejemplos de distintas operaciones de plegado

FIGURA 23  (a) a (e) Ilustraciones esquemáticas de varias operaciones de plegado en un prensa plegadora. (f) Ilustración esquemática de un prensa plegadora.

Ilustraciones esquemáticas de diversas operaciones de plegado en una prensa plegadora

FIGURA 24   (a) Formación de cordones con una sola matriz. (b) a (d) Formación de cordones con dos matrices en una prensa plegadora.

Formación de cordones con una sola matriz

FIGURE 25  Diversas operaciones de rebordeado.

(a) Bridas en chapa plana.

(b) Hoyuelos.

(c) La perforación de chapa metálica para formar una pestaña. En esta operación, no es necesario perforar previamente un agujero antes de que descienda el punzón. Obsérvense, sin embargo, los bordes rugosos a lo largo de la circunferencia de la brida.

(d) El rebordeado de un tubo.

Obsérvese el adelgazamiento de los bordes de la brida.

Diversas operaciones de rebordeado

FIGURE 26 

(a) Ilustración esquemática del proceso de perfilado.

(b) Ejemplos de secciones transversales perfiladas.

Ilustración esquemática del proceso de perfilado

FIGURA 27  Métodos de curvado de tubos.

Los mandriles internos o el relleno de los tubos con materiales particulados, como arena, suelen ser necesarios para evitar el colapso de los tubos durante el curvado.

Los tubos también pueden doblarse mediante una técnica en la que se desliza un muelle helicoidal rígido sobre el tubo. La holgura entre el diámetro exterior del tubo y el diámetro interior del muelle es pequeña, por lo que el tubo no puede doblarse y la curvatura es uniforme.

Métodos de curvado de tubos

FIGURA 28 

(a) El abombamiento de una pieza tubular con un tapón flexible. Con este método se pueden fabricar jarras de agua.

(b) Fabricación de accesorios para fontanería mediante la expansión de piezas tubulares en bruto bajo presión interna. La parte inferior de la pieza se perfora para producir una "T".

El abombamiento de una pieza tubular con un tapón flexible

FIGURA 29  Ilustración esquemática de un proceso de conformado por estirado. Este método permite fabricar revestimientos de aluminio para aviones.

Ilustración esquemática de un proceso de conformado por estirado

FIGURA 30  Los procesos de conformado de metales que intervienen en la fabricación de una lata de bebida de aluminio de dos piezas.

procesos de conformado de metales

FIGURE 31 

(a) Ilustración esquemática del proceso de embutición profunda en una circular chapa metálica en blanco. El anillo extractor facilita la extracción de la copa formada del punzón.

(b) Variables del proceso de embutición profunda. Excepto la fuerza de punzonado, Ftodos los parámetros indicados en la figura son variables independientes.

Ilustración esquemática del proceso de embutición profunda

FIGURE 32 

Deformaciones en una probeta de ensayo de tracción extraída de una pieza de chapa metálica. Estas deformaciones se utilizan para determinar la anisotropía normal y plana de la chapa.

Tensiones en una probeta de tracción extraída de una chapa metálica

CUADRO 4  Rangos típicos de anisotropía normal media, Ravg para chapas metálicas diversas

Aleaciones de zinc 0.4-0.6
Acero laminado en caliente 0.8-1.0
Acero laminado en frío con borde 1.0-1.4
Acero laminado en frío y aluminizado 1.4-1.8
Aleaciones de aluminio 0.6-0.8
Cobre y latón 0.6-0.9
Aleaciones de titanio (α) 3.0-5.0
Aceros inoxidables 0.9-1.2
Aceros de alta resistencia y baja aleación 0.9-1.2

FIGURA 33 

Relación entre la anisotropía normal media y la relación de embutición límite para diversas chapas metálicas.

Relación entre la anisotropía normal media y la relación de embutición límite de varias chapas metálicas

FIGURE 34 

Oreja en una copa de acero estirado, causada por la anisotropía planar de la chapa.

Oreja en vaso de acero estirado

FIGURA 35 

(a) Ilustración esquemática de un cordón de tracción.

(b) Flujo de metal durante la embutición de una pieza en forma de caja utilizando perlas para controlar el movimiento del material.

(c) Deformación de rejillas circulares en la brida en embutición profunda.

Ilustración esquemática de una cuenta de tracción

FIGURE 36 

Operación de estampado en relieve con dos troqueles. Con este proceso se pueden producir letras, números y diseños en piezas de chapa metálica.

Una operación de estampación con dos troqueles

FIGURE 37 

(a) Latas de aluminio para bebidas. Obsérvese el excelente acabado de la superficie.

(b) Detalle de la tapa de la lata, que muestra el remache integrado y los bordes marcados para el tapón.

Latas de aluminio para bebidas

FIGURA 38 

Ejemplos de doblado y estampado de chapas metálicas con un punzón metálico y con una almohadilla flexible que sirve de matriz hembra.

Ejemplos de curvado y estampado de chapas metálicas

FIGURA 39 

El proceso de hidroconformado (o conformado por fluido). Obsérvese que, a diferencia del proceso ordinario de embutición profunda, la presión en la cúpula fuerza las paredes de la copa contra el punzón. La cúpula se desplaza con el punzón; de este modo, se mejora la embutibilidad.

El proceso de hidroconformado (o formación de fluidos)

FIGURA 40 

(a) Ilustración esquemática del proceso de hidroformación de tubos.

(b) Ejemplo de piezas de tubo hidroformado. Componentes estructurales y de escape de automóviles, cuadros de bicicleta y hidráulica y neumática Los racores se fabrican mediante hidroconformado de tubos.

Ilustración esquemática del proceso de hidroconformación de tubos

FIGURE 41  

Cierre de radiador de automóvil hidroformado.

Cierre de radiador de automóvil hidroformado

FIGURA 42 

Secuencia de operaciones en la producción de un componente hidroformado en tubo:

(1) tubo cortado a medida;

(2) después de la flexión;

(3) después del hidroconformado.

Secuencia de operaciones para fabricar un componente hidroformado en tubo

FIGURA 43 

Ilustración esquemática de la expansión de un tubo hasta una sección transversal deseada mediante (a) hidroconformado convencional e (b) hidroconformado por secuencia de presión.

Ilustración esquemática de la expansión de un tubo hasta alcanzar la sección transversal deseada

FIGURE 44  

Vista de la prensa de hidroconformado de tubos, con el tubo doblado en su lugar en el matriz formadora.

Vista de la prensa de hidroformado de tubos

FIGURA 45 

(a) Ilustración esquemática del sistema convencional proceso de hilatura.

(b) Tipos de piezas hiladas convencionalmente. Todas las piezas son axisimétricas.

Ilustración esquemática del proceso de hilatura convencional

FIGURE 46 

(a) Ilustración esquemática del proceso de hilado por cizallamiento para fabricar piezas cónicas. El mandril puede moldearse para que puedan hilarse piezas curvilíneas. (b) y (c) Ilustraciones esquemáticas del proceso de hilatura tubular.

Ilustración esquemática del proceso de hilado por cizallamiento para fabricar piezas cónicas

FIGURA 47 

(a) Ilustración de una operación de conformado incremental. Obsérvese que no se utiliza mandril y que la forma final de la pieza depende de la trayectoria de la herramienta giratoria.

(b) Reflector de faro de automóvil fabricado mediante conformado incremental CNC. Obsérvese que la pieza no tiene por qué ser axisimétrica.

Ilustración de una operación de formación incremental

FIGURA 48 

Tipos de estructuras fabricadas mediante conformado superplástico y unión por difusión de chapas metálicas. Estas estructuras presentan una elevada relación rigidez-peso.

Tipos de estructuras realizadas mediante conformado superplástico y unión por difusión de chapas metálicas

FIGURA 49 

(a) Ilustración esquemática del proceso de formación de explosivos.

(b) Ilustración del método confinado del abombamiento explosivo de tubos.

 Ilustración esquemática del proceso de formación de explosivos

FIGURA 50 

(a) Ilustración esquemática del proceso de formación por impulsos magnéticos utilizado para formar un tubo sobre un tapón.

(b) Tubo de aluminio colapsado sobre un tapón hexagonal mediante el proceso de formación de pulsos magnéticos.

Ilustración esquemática del proceso de formación por impulsos magnéticos

FIGURA 51 

(a) Una selección de platillos comunes.

(b) Vista detallada de las diferentes texturas y acabados superficiales de los platillos.

Una selección de platillos comunes

FIGURE 52 

Secuencia de fabricación para la producción de platillos.

Secuencia de fabricación de platillos

FIGURA 53 

Martilleo de platillos.

(a) Martilleo automatizado en un granallado máquina;

(b) martilleo manual de platillos.

Martilleo de platillos

FIGURA 54 

Métodos de fabricación de estructuras alveolares:

(a) proceso de expansión;

(b) proceso de ondulación;

(c) ensamblaje de una estructura alveolar en un laminado.

Métodos de fabricación de estructuras alveolares

FIGURE 55 

Anidamiento eficaz de piezas para un aprovechamiento óptimo del material en el corte.

Anidamiento eficaz de las piezas para un aprovechamiento óptimo del material en el troquelado

FIGURA 56 

Control del desgarro y pandeo de una brida en una curva en ángulo recto.

Control del desgarro y pandeo de una brida en una curva en ángulo recto

FIGURE 57 

Aplicación de muescas para evitar desgarros y arrugas en operaciones de plegado en ángulo recto.

Aplicación de muescas para evitar desgarros y arrugas en operaciones de plegado en ángulo recto

FIGURE 58 

Concentraciones de tensión cerca de las curvas.

(a) Uso de una media luna u oreja para un agujero cerca de una curva.

(b) Reducción de la gravedad de la pestaña en la brida.

Concentraciones de tensión cerca de las curvas

FIGURE 59 

Aplicación de (a) estriado o (b) gofrado para obtener un radio interior afilado en flexión. A menos que se diseñen adecuadamente, estas características pueden provocar fracturas.

Aplicación de estriado o gofrado para obtener un radio interior afilado en plegado

FIGURA 60 

(a) a (f) Ilustraciones esquemáticas de tipos de prensa bastidores para operaciones de conformado de chapas. Cada tipo tiene sus propias características de rigidez, capacidad y accesibilidad.

(g) Un gran prensa de estampación.

Ilustraciones esquemáticas de tipos de bastidores de prensas para operaciones de conformado de chapas

FIGURA 61 

Comparación de costes de fabricación de un recipiente redondo de chapa mediante hilatura convencional o embutición profunda.

Tenga en cuenta que, para pequeñas cantidades, la hilatura es más económica.

Comparación de costes de fabricación de un contenedor redondo de chapa

P.D: acabamos de prepararle la versión PDF del chapa metálica proceso de formación, puede descárguelo aquí.

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3 comentarios en “Top Sheet Metal Forming Processes & Equipment”

  1. Adrienne McGuire

    Gracias por esta información sobre las máquinas para trabajar el metal. Siempre es útil disponer de sitios web fiables que proporcionen información sólida.

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