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Proceso formado de hojas metálicas

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Erika Radillo

on 30 June 2015

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Transcript of Proceso formado de hojas metálicas

Coss y León Pinette Luis Fernando 2789934
Huerta Ramirez Alejandro

Mendoza Gómez Juan Guillermo
1923777
Radillo Ruiz Erika Anahid
1931707
Rios Rios Itzayana

Proceso formado de hojas metálicas
Entre los usos de las hojas metálicas se encuentran: latas para bebidas, artículos de cocina, archiveros, escritorios metálicos, aparatos electrodomésticos, entre otros. Data del año 5000 a.C. con la fabricación de utensilios domésticos y joyería, hechos de oro, plata y cobre.
Introducción
Se retira una pieza de bruto de dimensiones adecuadas de una hoja más grande mediante el cizallado. Esta lámina se corta con un punzón y una matriz.
Inicia con la formación de grietas en las orillas superior e inferior.

Cizallado
La fuerza requerida es producto de la resistencia al corte del material y al área total cizallada. Dada por la ecuación:
F=0.7TL(UTS)
T es el espesor de la hoja, L longitud total cizallada y UTS la resistencia del material.

Fuerza de punzonado
Punzonado: La masa cizallada se desecha.
Troquelado: La masa es la parte a utilizar y el resto es desecho.

Operaciones de cizallado
Procesos básicos:
• Perforado
• Seccionado
• Muescado
• Pestanado o lanceteado

Corte por matriz
Un aguijon o sujetador con forma de V sujeta firme y mecánicamente la hoja en su lugar
Troquelado Fino
Los principales parámetros de este proceso son:
• La forma del punzón y la matriz.
• La velocidad del punzado.
• La lubricación.
• La holgura entre el punzón y la matriz
Al aumentar la holgura, la zona de deformación se vuelve más grande y la orilla cizallada más rugosa.La calidad de la orilla se mejoraría aumentando la velocidad del punzón.El endurecimiento por trabajo de las orillas reduce su ductilidad y daña la formabilidad de la hoja durante las operaciones posteriores.
Ranurado
Un par de cuchillas circulares siguen tanto a una línea recta como una trayectoria circular o curva. Normalmente una orilla ranurada tiene una rebaba, que se puede doblar sobre la superficie de la hoja laminándola entre dos rodillos.
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Reglas de acero (suajes)
Los metales blandos se pueden troquelar con una delgada cinta de acero endurecido, que apoya su orilla sobre una base plana de madera. La matriz se presiona contra la hoja que descansa en la superficie plana y la cizalla a lo largo de la forma de la regla de acero
Niblado o perforado
Se mueve con rapidez un punzón recto pequeño arriba y abajo dentro de una matriz. A través de la sepa ración, se alimenta una hoja y se le practican muchos orificios traslapados.
Desechos del cizallamiento
Puede constituir un porcentaje importante del costo de la manufactura y se reduciría de modo sustancial mediante el arreglo eficiente de las formas en la hoja a cortar.
Es una hoja de una pieza y de un mismo espesor cortada a partir de una hoja larga. Debido a los pequeños espesores involucrados, es importante alinear las hojas en forma apropiada antes de soldarlas. Luego, al ensamble soldado se le da la forma fina.
Láminas en bruto soldadas a la medida
El resultado es:
• Una reducción del desecho.
• Eliminación de la necesidad de soldadura por puntos adicional.
• Mejor control de las dimensiones.
• Mejora de la productividad.
Características y tipo de las matrices o dados para cizallado
Cuanta más pequeña sea la holgura, mejor será la calidad de la orilla. Depende de:
• El tipo de material y temple.
• El espesor y el tamaño de la lámina en bruto.
• Su proximidad a las orillas de otras orillas
Holgadura
Como lineamientos generales:
(a) las holguras para los materiales blandos son menores que para los más duros;
(b) cuanto más gruesa sea la hoja, más grande será la holgura;
(c) al disminuir la relación de diámetro del orificio a espesor de la hoja, la holgura debe ser mayor.
Forma del punzón y de la matriz
Debido a que se cizalla al mismo tiempo todo el espesor, la fuerza de punzonado aumenta con rapidez durante el cizallamiento. La ubicación de las regiones que se están cizallando puede controlarse en cualquier instante.
Matrices Compuestas
Se pueden realizar varias operaciones en la misma hoja con un solo recorrido de una estación con una matriz compuesta. Dichas operaciones combinadas se limitan a formas relativamente simples
Matrices Progresivas
Las partes cuya elaboración requiere múltiples operaciones se pueden fabricar con grandes capacidades de producción en matrices progresivas
Matrices de Transferencia
La hoja metálica pasa por diferentes operaciones en distintas estaciones de la máquina, las cuales se arreglan a lo largo de una línea recta o en una trayectoria circular.
Materiales para herramental y matrices
La lubricación es importante si se pretende reducir el desgaste de la herramienta y de la matriz, además de mejorar la calidad de la orilla.
Métodos diversos para corte de hojas metálicas
Corte con rayo láser.
Corte con chorro de agua a presión.
Corte con cierra cinta.
Aserrado por fricción.
Corte por flama
Características y formabilidad de las hojas metálicas
En el formado de hojas el material suele estirarse, por lo que es deseable una elongación uniforme elevada para que tenga buena formabilidad.
Elongación
Éstas son depresiones alargadas en la superficie de la hoja. El método usual para evitar estas marcas consiste en eliminar o reducir la elongación del punto de fluencia disminuyendo el espesor de la hoja de 0.5% a 1.5% mediante el laminado en frío.
Elongación del punto de fluencia
Anisotropía
Influye en el formado de hojas metálicas, se adquiere durante el proceso termomecánico de la lámina existen dos tipos: la cristalo gráfica y la fibración.
Tamaño de Grano
Cuanto menor sea el tamaño de grano, más fuerte será el metal; y cuanto más grueso sea el grano, más rugosa será la apariencia superficial.
Resistencia al mellado de las hojas metálicas
La resistencia al mellado de las partes de hojas metálicas aumenta al incrementarse el espesor de la hoja y su esfuerzo de fluencia, y disminuye al aumentar su módulo elástico y la rigidez general de la pieza.
Pruebas de formabilidad para hojas metálicas
Las hojas metálicas pueden sufrir dos modos básicos de deformación: estirado y embutido. Métodos que suelen utilizarse para predecir la formabilidad:
Pruebas de copa
Las hojas metálicas pueden sufrir dos modos básicos de deformación: estirado y embutido. Métodos que suelen utilizarse para predecir la formabilidad:
Diagramas de límites de formado
Se construye marcando primero la hoja plana con un patrón de rejilla de círculos, mediante técnicas electroquímicas o de fotograbado.
Después se estira la lámina en bruto sobre un punzón y se observa y mide la deformación de los círculos en las regiones donde ocurrió la falla
Luego de realizar una serie de ensayos en una lámina metálica en particular y a diferentes anchos, se construye un diagrama de límites de formado en el que se muestran las fronteras entre las regiones de falla y las seguras.
Para desarrollar un diagrama de límites de formado se obtienen las deformaciones ingenieriles mayor y menor, midiendo la deformación de los círculos originales.
Los datos obtenidos en los diferentes puntos de cada una de las muestras, se grafican. Las curvas representan los límites entre las zonas de falla y las zonas seguras para cada tipo de metal.
Doblado de hojas, placas y tubos
Operación industriales de formado más común. Proporciona rigidez a la pieza al aumentar su momento de inercia.
La holgura o tolerancia de doblado (Lb) es la longitud del eje neutro en el doblez y se utiliza para determinar la longitud de la lámina en bruto de una pieza que se va a doblar.
Fórmula aproximada para la holgura de doblado:
Lb=ø(R+kt)
Donde ø es el ángulo de doblez (en radianes), T el espesor de la hoja, R el radio de doblez y k una constante.
El radio al que aparece una grieta por primera vez en las fibras exteriores de una hoja.
El radio mínimo de doblado (R) es aproximadamente:
R = T (50/r – 1)
Donde r es la reducción de tensión del área de la hoja metálica.
Radio Mínimo de doblado
Recuperación elastica o restitución
Otro método consiste en acuñar el área doblada sometiéndola a esfuerzos de compresión muy localizados entre la punta del punzón y la superficie de la matriz.
Compensación de la recuperación o restitución elástica.
Fuerza del Doblado
Se puede estimar la fuerza de doblado para hojas y placas. La fuerza de doblado es una función de la resistencia del material, la longitud (L) de doblado, el espesor (T) de la hoja y la abertura de la matriz o dado (W). Excluyendo la fricción, la fuerza máxima de doblado (P) es:
P=KYLT2/W
Donde el factor k varía de alrededor de 0.3 para una matriz deslizante a 0.7 para una matriz en U y a 1.3 para una matriz en V, y Y es el esfuerzo de fluencia del material.
Operaciones diversas de doblado y otras relacionadas
Formado en prensas plegadoras, de cortina o excéntricas.
Las hojas o placas metálicas se pueden doblar fácilmente con simples soportes mediante una prensa plegadora.
Doblado en máquinas de cuatro correderas.
El doblado de piezas relativamente cortas se puede efectuar en una máquina en la cual los movimientos laterales de las matrices se controlan y sincronizan con el movimiento vertical a fin de dar la forma deseada a la parte
Doblado con rodillo
Las placas se doblan mediante un juego de rodillos. Se pueden obtener diversas curvaturas al ajustar la distancia entre los tres rodillos.
La periferia de la hoja metálica se dobla dentro de la cavidad de una matriz. El canal proporciona rigidez a la parte al aumentar el momento de inercia de esa sección. Igualmente, los canales mejoran la apariencia de la parte y eliminan las orillas afiladas expuestas, que pueden ser peligrosas.
Acanalado
El borde se somete a esfuerzos circunferenciales de compresión, los cuales, si son excesivos, pueden hacer que la periferia del reborde se arrugue. La tendencia a la formación de pliegues aumenta al disminuir el radio de curvatura del reborde.
Rebordeado
Conforme pasa a través de un conjunto de rodillos, la cinta metálica se dobla en etapas consecutivas. Después se cizalla y se apila de manera continua. Deben considerarse las tolerancias dimensionales y la recuperación o restitución elástica, así como el desgarramiento y pandeo de la cinta.
Formado por rodillos
La función del relleno es evitar que el tubo se pandee hacia dentro; una vez doblado, se sacude y se le saca la arena. Debido a su menor tendencia al pandeo, un tubo relativamente grueso que se vaya a formar con un radio grande de doblado puede doblarse con seguridad sin el uso de rellenos o de insertos.
Doblado y Formado de tubos
Primero se punzona un orificio y después se expande como un reborde. Cuando el ángulo de doblado es menor a 90°, al proceso se le llama abocardado. Si se estira el material, se producen altos esfuerzos a la tensión a lo largo de la periferia que pueden provocar agrietamiento y desgarramiento del reborde.
Formado de orificios rebordeados, penetrado y abocardado.
La orilla de la hoja se dobla sobre sí misma. El plegado aumenta la rigidez de la parte, mejora su apariencia y elimina las orillas afiladas. La costura comprende la unión de dos orillas de hojas
metálicas mediante el plegado. Las costuras dobles se efectúan mediante un proceso similar utilizando rodillos con formas especiales para uniones herméticas al agua y al aire
Plegado y Costura
Este proceso implica la colocación de una parte tubular, cónica o curvilínea dentro de una matriz hembra dividida, expandiéndola después. Luego se retrae el punzón, se regresa el inserto a su forma original y se retira la parte formada abriendo la matriz dividida.
Abombado
Estas matrices consisten en segmentos individuales que se colocan dentro de la parte a formar y se expanden de manera mecánica, por lo general en la dirección radial. Después se retraen para retirar la parte formada.
Dados o matrices segmentadas
Conformado por estiramiento
La hoja metálica se sujeta por sus extremos y después se estira sobre una matriz macho. Ésta se mueve hacia arriba, hacia abajo o lateralmente. La pieza en bruto es una hoja rectangular sujeta en sus extremos más angostos y estirada a lo largo, permitiendo así que el material se contraiga a lo ancho. La conformación por estirado no puede producir partes con contornos afilados o con esquinas reentrantes
Embutido Profundo
Capacidad de embutido profundo
La falla suele ocurrir debido al adelgazamiento de la pared de la copa. La hoja metálica debe ser capaz de soportar una reducción de la anchura por la reducción del diámetro, y también debe resistir el adelgazamiento por los esfuerzos longitudinales de tensión en la pared de la copa:
Relación limite embutido (LDR) = Diámetro máximo de la pieza bruta/Diámetro de Punzón.
Borde ondulado
Los bordes ondulados no cumplen algún propósito útil e interfieren en el procesamiento posterior de la copa, lo que produce desechos. La anisotropía planar de la hoja causa el borde ondulado. Si es más fuerte en la dirección de laminación y la resistencia varía con respecto a la orientación, entonces se formarán dos ondulaciones.
Prácticas de embutido profundo
La presión de la placa de sujeción se elige entre 0.7% y 1% de la suma de la resistencia a la fluencia y la resistencia máxima a la tensión de la hoja metálica.
Si los radios de las equinas del punzón son muy pequeños, pueden provocar la fractura de las esquinas; si son muy grandes, la copa se puede arrugar.
Una copa embutida se empuja a través de uno o más anillos planchadores. La holgura entre los anillos de planchado y el punzón es menor que el espesor de pared de la copa, por lo que después del planchado ésta tiene un espesor de pared constante.
Planchado
Reembutido
Los contenedores o recipientes cuyo embutido es difícil de realizar en una sola operación, generalmente pasan por un reembutido. En el reembutido inverso, la copa se coloca bocabajo sobre la matriz y después se somete a embutido en la dirección opuesta a su configuración original.
El embutido profundo se puede efectuar de manera satisfactoria sin una placa de sujeción, en la inteligencia de que la hoja metálica es lo suficientemente gruesa para evitar pliegues.
Embutido sin placa de sujeción
Embutidos poco profundos o moderados, realizados con matrices coincidentes, poco profundas. El repujado se utiliza sobre todo para rigidizar piezas de hojas metálicas planas y con propósitos de decoración, numeración y leyendas.
Repujado o realzado
Los materiales más comunes son los aceros herramienta y los hierros fundidos. El equipo para el embutido profundo es una prensa hidráulica de doble acción o una prensa mecánica
Herramental y equipo para embutido
Formado con hule
Una de las matrices o dados de un juego se elabora con material flexible. Los poliuretanos se utilizan ampliamente debido a estas cualidades:
• Resistencia a la abrasión.
• Resistencia al corte o desgarramiento por rebabas u otras orillas afiladas en la hoja metálica.
• Larga resistencia a la fatiga.
En el doblado y repujado de las hojas metálicas mediante este proceso, la matriz hembra se reemplaza con una placa de hule.
En el hidroformado permite un control muy estrecho de la parte durante el formado y evita los pliegues y el desgarramiento, e obtienen embutidos más profundos. En el hidroformado de tubos, el tubo metálico se forma en una matriz y se presuriza internamente mediante un fluido.
Es semejante al de formar arcilla en un torno de alfarero.
Rechazado
Rechazado convencional
Una pieza en bruto circular fabricada con una hoja metálica plana o preformada se coloca y se mantiene contra un mandril y se gira, mientras que una herramienta rígida deforma y da forma al material sobre el mandril. Es adecuado para formas cónicas y curvilíneas.
Produce formas cónicas asimétricas o curvilíneas. Se puede utilizar un solo rodillo de formado, pero son preferibles dos para equilibrar las fuerzas que actúan sobre el mandril. Se pueden formar partes hasta de 3 m de diámetro. Se desperdicia poco material.
Rechazado cortante
Rechzado de tubos
En el rechazado de tubos se reduce, o se le da forma, al espesor de piezas en bruto cilíndricas, rechazándolas sobre un mandril redondo, sólido, mediante rodillos
Formado superplástico
Los superplásticos cuando son soplados se expanden muchas veces su diámetro original antes de estallar.
Ventajas:
• Formas complejas a partir de una sola pieza.
• Ahorros de peso y materia.
• Pocos esfuerzos residuales.
• Costos de herramental menores.
Limitaciones:
• El material no debe ser superplástico a las temperaturas de servicio.
• Deben formarse a velocidades de deformación muy bajas.
Primero se unen por difusión puntos seleccionados de las hojas, mientras que el resto permanece sin unir. Luego la estructura se dilata dentro de un molde, tomando así la forma del molde. Estas estructuras tienen relaciones elevadas de rigidez a peso, y poseen módulos elevados de sección.
Unión por difusión/formado superplástico.
Procesos especializados de formado
Formado por explosión
La lámina se sujeta sobre una matriz y el ensamble completo se baja dentro de un tanque lleno con agua. Después se evacua el aire dentro de la cavidad de la matriz, se coloca una carga explosiva a cierta altura y se detona la carga.
La energía almacenada en un banco de capacitores se descarga con rapidez a través de una bobina magnética. Después, el tubo se colapsa mediante fuerzas magnéticas sobre una pieza sólida, convirtiendo así el ensamble en una pieza integral
Formado por pulso magnético
Formado por martillado
Se utiliza para producir curvaturas en hojas metálicas delgadas mediante granallado sobre una superficie de la hoja. Debido a que el material debajo de la superficie granallada se mantiene rígido, la dilatación de la superficie provoca que la lámina desarrolle una curvatura.
Comprende la aplicación de rayos en regiones específicas de la lámina metálica. Los gradientes térmicos producen esfuerzos térmicos suficientemente elevados para ocasionar la deformación plástica localizada de la lámina.
Formado por rayo láser
Microformado
Comprende la aplicación de rayos en regiones específicas de la lámina metálica. Los gradientes térmicos producen esfuerzos térmicos suficientemente elevados para ocasionar la deformación plástica localizada de la lámina.
La fuente de energía es una chispa entre electrodos que se encuentran conectados con un alambre corto y delgado. Genera una onda de choque similar a la creada por explosivos. La presión desarrollada en el agua que sirve de medio es suficientemente alta para formar la parte.
Formado electrohidráulico
La fuente de energía es una mezcla de gases dentro de un contenedor cerrado, que se enciende. La presión generada es suficientemente alta para formar partes con hojas o láminas metálicas. Principio es similar al usado para generar presión en un motor de combustión interna.
Mezcla de Gases
Gases licuados
Si se le permite alcanzar la temperatura ambiente dentro de un contenedor cerrado, el nitrógeno licuado se convierte en gaseoso y se expande, desarrollando la presión necesaria.
Una estructura tipo panal consta básicamente de un núcleo de panal u otras formas corrugadas, unido a dos delgadas capas. Métodos básicos para manufacturar materiales tipo panal:
Expansión.
Corrugado.
Manufactura de estructuras metálicas tipo panal
Consideraciones de diseño en el formado de hojas metálicas
Obtener alta calidad y ahorros
Las partes diseñadas de manera deficiente no se anidan apropiadamente y puede existir un desecho considerable
Diseño de la pieza en bruto
Una parte fabricada con una hoja metálica con un reborde que se va a doblar forzará al reborde a sufrir compresión, lo que puede ocasionar pandeo. Deben eliminarse todas las concentraciones de esfuerzos del punto del radio de doblado.
Doblado
Operaciones de estampado y de matrices progrecivas
Es conveniente reducir al mínimo el número de rasgos para minimizar los costos de herramental.
Embutido profundo.
Después de una operación de embutido profundo, invariablemente una copa tratará de recuperar su forma original. Resulta más fácil producir ángulos de alivio de al menos 3° en cada pared
Prensas del formado de hojas metálicas
La selección de la prensa para las operaciones de formado de hojas metálicas depende de varios factores:
1. El tipo de operación de formado, el tamaño y la forma de las matrices y el herramental requerido.
2. El tamaño y la forma de las piezas de trabajo.
3. La longitud de la carrera de la corredera, el número de recorridos por minuto, la velocidad de operación y la altura de cierre.
4. Número de correderas.
5. La fuerza máxima requerida.
6. Tipo de controles mecánicos, hidráulicos y de computadora.
7. Características para el cambio de matrices
8. Características de seguridad.
Las operaciones de formado de láminas son muy versátiles y se pueden utilizar varios procesos diferentes para producir la misma parte. Los costos correspondientes dependen de las operaciones en particular.
Economía de las operaciones de formado de hojas metálicas
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