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Procesos de conformación de Chapa o lámina

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by

Araceli Alonso

on 1 April 2014

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Transcript of Procesos de conformación de Chapa o lámina

La uniformidad de los resultados depende de la experiencia del operario
Es un método usualmente inexacto.
Repujado manual lento.
Posibilidad de que en el repujado manual la fuerza sea insuficiente.
No es viable para un gran volumen de producción
A la hora de hacer un doblado con radios relativamente grandes, la línea neutra está en el centro; cuando se dobla con radios pequeños esta se desplaza hacia el lado que es sometido a compresión.




Las roladoras de tres rodillos imparten una curvatura uniforme y ajustable, a la lámina, placa
o perfil por medio del conformado con rodillos dispuestos en forma piramidal.









Las máquinas de tres rodillos generalmente requieren predoblar el borde inicial.

Doblado con rodillos
Maquinaria
Perfilado de chapa
• Automoción
• Almacenes y estanterías
• Tubos y tuberías
• Construcción
• Almacenes y estanterías
• Electrodomésticos
• Mobiliario y hogar
• Electricidad y electrónica
• Agricultura
• Calefacción, ventilación y aire acondicionado
El perfilado de chapa suele utilizarse para grandes lotes siendo normalmente planchas de metal alargadas, además las herramientas y equipos son bastante caros, con lo que es inviable utilizar este método para realizar pequeños lotes.
Recomendaciones

de diseño
Definición
Un proceso de fabricación por deformación plástica

Conformado del material según líneas de plegado rectas, longitudinales y paralelas mediante rodillos con el contorno de la forma del perfil que se quiere obtener

Temperatura ambiente y sin modificar el espesor del material.
Recomendaciones

de diseño
• Experiencia para el diseño de las piezas embutidas y de los troqueles.
• Estimar geometrías de revolución en el desarrollo plano de la chapa.
• En formas irregulares solo son fiable las pruebas directas.
• El desarrollo de los lados planos como en un simple plegado.
• Las esquinas mediante igualdad de superficies.
Copas, cuencos y jarrones
Repujado cortante
Materiales
Todo material en lámina está disponible para el proceso de repujado.
Aluminio
Elasticidad Tan largo como sea estirado
Acero inoxidable
Cobre
Fuerza para ser formado
Alargamiento excelente Precisa de tratamiento térmico
Latón
Propiedades similares al cobre
Oro
Plata
Magnesio
Titáneo
·Operación en frío.
·Se estira un disco de chapa en un torno aplicándole una presión mediantes las herramientas adecuadas con un modelo o mandril
· Formas con simetría axial.
1º El disco metálico se centra y se mantiene contra el vértice del molde
2º El disco y el molde empiezan a girar.
3º El operario aplica una presión sobre el metal haciendo que éste se estire adaptando la forma del molde.
4ª Se obtiene la pieza con la forma deseada.
Descripción del proceso
Repujado convencional
Tipos de repujado
Repujado de tubos
· Operación de repujado básico.

· Espesor del metal permanece sin cambio con respecto al espesor de la pieza inicial.

· Se pueden hacer partes con diámetros muy grandes.

· Se produce una deformación cortante .

· El diámetro exterior permanece constante y el espesor de la pared se reduce.

· Se aplica en la industria aeroespacial para formar partes grandes.



· Reducir espesor de las paredes y aumentar la longitud de un tubo.
La operación se puede realizar :
-Externamente: Aplicando rodillo externo contra el trabajo.
- Internamente: usando un dado alrededor del tubo.



Elasticidad
Maquinaria
Torno de repujado manual
El operario es el que aplica toda la presión sobre el material.
Torno de repujado Hidráulico
Se utiliza cuando el operario no es capaz de aplicar la presión necesaria sobre el material y el operario sólo tiene que mover alguno elementos
Torno de repujado automático
Se basa en un control numérico y control numérico programable. El operario tan solo tiene que programar la maquina.
Herramientas
Molde o mandril
-Se construye de madera dura, acero o hierro.
-Herramienta a la que se adapta el material para obtener la forma.
Herramienta de moldear o rotatoria
Bola de acero soldada a una barra.
Con esta herramienta se presiona el material contra el molde mientras estos giran.
Capacitaciones
Inversión de capital en equipos y herramientas bajo
Tiempo manufactura corto
El cambio de diseño de las piezas puede realizarse sin incremento de costos.
Los cambios en la forma y espesores de la pieza de trabajo requiere mínimo cambio de herramientas
Apto para pequeñas producciones
Limitaciones
Recomendaciones


de diseño
- Estirar el metal radialmente
- Molde debe tener una superficie tersa.
- Partes metálicas para reproducción de piezas iguales.
- Añadir elementos que incrementen la rigidez.
- El radio debe ser al menos el doble el espesor del material.
Aplicaciones típicas
· Torno
· Molde macizo
· Herramientas
· Operario experto

Elemento necesarios:
Consideraciones económicas
La chapa metálica a estirar está sujeta entre dos mordazas de agarre situados en los extremos opuestos. El bloque, se puede mover hidráulicamente en una dirección vertical.











Las fuerzas necesarias se transfieren a través de la forma del bloque a la chapa que queremos estirar.
ESTIRADO SIMPLE

Se trabaja en frío

Mejora las tolerancias dimensionales.
Estirado: hacer pasar el material a través de una o varias matrices, hasta conseguir la forma deseada.

Dureza
Resistencia
Acabado superficial
DEFINICIÓN
Proceso para la producción de formas en hojas de metal.

Las hojas se estiran sobre mordazas conformadas en donde se deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos, es generalmente el menos usado de todos los procesos de trabajo.
Conformado por
estirado de chapa

En el doblado con rodillos, una barra o chapa de metal pasa a través de un conjunto consecutivo de rodillos.

Operaciones secundarias se integren en una línea de producción.

Hidroconformado
Procesos de conformación de Chapa o lámina
Repujado
en torno

General
LIMITACIONES
Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación de la superficie y pobre acabado superficial, no pueden mantenerse tolerancias cerradas.

El equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos.
Capacidades y
limitaciones

Consideraciones
económicas
Recomendaciones

de diseño
Doblado
· aeronáutica
· automoción
· fontanería
· estructuras de muebles
· construcción
· sillas de ruedas
· aplicaciones médicas.
· cuadro de bicicleta
· instrumentos musicales...
Las máquinas de dos rodillos están diseñadas para material de calibre delgado rolado a diámetros razonablemente pequeños.
Capacidades
Conformado:
Proceso que da FORMA a una pieza de trabajo sin añadir ni eliminar parte de su material,
excepto en las tareas de rebabado en los bordes.
Trabajo en frío
Capacidades
- Mejor precisión
- Menores tolerancias
- Mejores acabados superficiales
- Posibilidad de obtener propiedades de dirección deseada en el producto final.
- Mayor dureza de las partes.
Limitaciones
- Requiere mayores fuerzas.
- Reducción de la ductibilidad.
- Aumento de la resistencia a la tensión

Menor peso
Mejora las propiedades frente a la fatiga
Menos recuperación elástica
Homogeneidad de las características de las piezas
Mayor precisión de forma y dimensiones
Reducción de costes
Menos desechos
Complejas condiciones de trabajo
Máquina de altas dimensiones y cara
Es un proceso delicado
Tiempo de ciclo elevado frente a la productividad

Curvado proceso de deformación plástica o permanente que sufre un material tras aplicar sobre el mismo un determinado esfuerzo flector.
Expansión controlada de chapas y tubos metálicos
Piezas finas ligeras y complejas
Resistencia óptima
Principalmente industria automotriz
Tres etapas:

· Carga de la pieza en la prensa
· Llenado del tubo o matriz con líquido
· Conformado de la pieza


• tensiones residuales muy bajas y homogéneas,

• durabilidad y alta resistencia al desgaste. Aumento de la dureza en alrededor de 2%.

• Se puede utilizar para producir piezas grandes con contornos superficiales.

• estado final de la pieza normalizado sin necesidad de realizar ningún tipo de acabado posteriormente.



CAPACIDADES
LIMITACIONES
• Este proceso se usa principalmente para producción en bajos volúmenes.

• Sólo es adecuado para baja cantidad de producción.

• altos costos laborales y en herramientas según el tamaño de la pieza
Hidroconformado con matriz
Hidroconformado con punzón
· Conforma dos piezas la vez
· Elementos huecos y piezas de tipo depósito
· Diferentes geometrías
· Distintos espesores
· Diferentes materiales
· Mayor productividad
· Cobre
· Acero
· Aluminio
· Hierro
· Latón
· Conformables en frío

· Agua, con lubricante (en frío)
· Aceite (en caliente)
· Gases (gaseoso)






· Maquina de hidroconformado
Hidroconformado de tubos
· Se introducen los tubos en la matriz
· Se cierra la matriz por un proceso hidráulico
· Los punzones cierran las extremidades del tubo
· Se inicia el llenado
· Conformado del tubo
Hidroconformado por explosión
· Uso de carga explosiva
· Chapas grandes
· Elevados espesores
· Gran resistencia mecánica

- Método de enfrentamiento
- Método de contacto
Roladoras de 4 rodillos.
El rodillo superior se mueve hacia arriba y hacia abajo mientras que los dos rodillos inferiores se mueven horizontalmente. Este movimiento de los rodillos inferiores aumenta la distancia de compensación desde el rodillo superior, y al hacerlo da una clara ventaja mecánica en el doblado.
Tipos de hidroconformado
Elementos de hidroconformado
Materiales hidronconformables
Hidroconformado de chapa simple
1. Se sitúa la chapa en la matriz
2. Se cierra la prensa y se aplica la presión
3. Se desplaza la membrana
4. Se librera la presión
5. Se abre la prensa
6. Se retira la chapa
· Se posiciona la chapa sobre una matriz, que sella solamente su perímetro.
· Se deforma el material con una prensa hidráulica convencional
· Se introduce líquido a presión
Hidroconformado de chapa doble
Limitaciones
Aplicaciones
Introducción

Materiales
Aceros de baja aleación de alta resistencia.
Aluminio.
Acero inoxidable.
Otros materiales no ferrosos.
Espesores de 10 a 30 mm como máximo
en frío.
Capacidades
Limitaciones
Doblado es un proceso rentable cuando se usa
para baja a medianas cantidades, ya que no requiere cantidades significativas de utillaje.
No se altera el espesor del material.
La deformación es permanente.
Casi es imprescindible los tratamientos o acabados superficiales posteriores.
Excelentes resultados debido a la simetría de la máquina.

La única limitación significativa es la formabilidad del material.
La capacidad de doblado del material dependerá de la ductilidad del mismo.
Los bordes deben ser pre-doblados ligeramente.

Usan un rodillo de apriete de diámetro grande recubierto con poliuretano.
Recomendaciones

de diseño
Consideraciones


económicas

Bajo coste de la materia prima.
Casi imprescindible de tratamientos o acabados superficiales posteriores.
Optimización de la forma de la sección;
ahorro de peso.
Aplicaciones
Recipientes a presión
Hormigonera
Calderas
Tuberías
Motores eléctricos
Silos
DESCRIPCIÓN
Se produce doblado y estirado de la chapa de forma simultánea.

La chapa tiene poca recuperación elástica.
El principio básico de esta tecnología es estirar el metal más allá de su punto de fluencia con el fin de llegar a la zona de plástico de modo que el alargamiento es permanente
PROCESO DE ESTIRADO
Doblado es un proceso rentable cuando se usa para baja a medianas cantidades, ya que no requiere cantidades significativas de utillaje.
No se altera el espesor del material.
La deformación es permanente.
Casi es imprescindible los tratamientos o acabados superficiales posteriores.
Excelentes resultados debido a la simetría de la máquina.


Se utiliza por encima de la temperatura mínima de recristalización.

Se requiere menor potencia para deformar el metal.

El trabajo en caliente no produce fortalecimiento de la pieza.

Precisión dimensional más baja.

Mayores requerimientos de energía.

Oxidación de la superficie de trabajo.
CAPACIDADES
los proceso de conformado en caliente son: laminación, forja, extrusión, doblado, embutido.
Una limitación significativa es la formabilidad del material.
La capacidad de doblado del material dependerá de la ductilidad del mismo.
Los bordes deben ser pre-doblados ligeramente.

Las propiedades físicas se mejoran.

La ductilidad y la resistencia al impacto se perfeccionan.

la resistencia y la homogeneidad del metal se incrementan.
Introducción
Aproximadamente el 8% de la producción mundial de acero se convierte en perfiles.

El conocimiento que las empresas tienen del proceso es muy limitado.

La falta de claridad acerca de lo que realmente le sucede a la chapa es un grave obstáculo.
Proceso y componentes
La chapa va avanzando en dirección longitudinal gracias al movimiento que los propios rodillos le transmiten por fricción.

El conformado se produce de forma gradual en estaciones situadas de manera sucesiva.

Las estaciones están formada por dos ejes horizontales, a los que se acoplan los diferentes rodillos.
Tipos de deformación
· Plegado transversal

- Deformación en el plano del perfil.
- Objetivo del proceso: esta deformación
sobre el material.
- Es la causa del defecto de recuperación
elástica.

· Deformación longitudinal

- Deformación que sufren las fibras de la chapa en la dirección de avance a lo largo de la máquina.
- Indeseada. Aparece como consecuencia de la distancia que recorre el material a lo largo de la máquina perfiladora.
- Causa de muchos de los defectos que afectan a las piezas perfiladas

Propiedades:
- Baja resistencia.
- Alta ductibilidad.

Estas propiedades son afectadas por la temperatura.

Consideraciones económicas
· Menos materia prima.
· Menos tiempo por ciclo en la conformación de una chapa.
· Más piezas por ciclo.
· Menos número de procesos necesarios.
· Menos soldaduras en la pieza.
· Menor peso final de la pieza.
· Series largas de producción
La deformación metálica en frío consiste en conformar o cortar un material de un poco espesor, normalmente inferior a 15 mm.
Materiales
Conformado en frío
Debido a este pequeño espesor no es necesario aumentar la temperatura del material
Acero
Aceros inoxidables
Aleaciones de aluminio
Capacidades
Elevada productividad, siendo un proceso de fabricación de los más utilizados.

Procesa chapas con recubrimientos (galvanizados o pinturas)


Limitaciones
Trabajo en caliente
Coste elevado pero remunerado
Bajo coste (madera o acero)
Bajo coste
Coste elevado

La deformación que la chapa sufre durante el proceso es compleja y da lugar a diferentes defectos en el producto final.

Si el conformado no se realiza de forma adecuada, se pueden producir adelgazamientos excesivos en los pliegues y, en consecuencia, importantes estiramientos de la chapa en dirección transversal.
Iluminación

- Utilización habitualmente el análisis de elementos
finitos como herramienta durante el diseño del
proceso.

- El diseño de la flor es probablemente la fase más
crítica de todo el diseño de rodillos de perfilado

- Redondeo de las esquinas

- Rodillos trampa

- Espacio en el extremo de los rodillos

- División de rodillos

- Diseño de estaciones con plegado al aire

Piezas instrumentos musicales
Aplicaciones
Aeronáutica y aeroespacial
Consideraciones económicas
La chapa de acero que procedemos a estirar también se agarra a partir de dos extremos opuestos.

La principal diferencia con el conformado d estirado simple es que tanto la mesa de herramientas, así como las mordazas de agarre son móviles.

pre-deformación plástica antes de realizar el estirado
CONFORMADO EN CALIENTE
ESTIRAMIENTO TANGENCIAL
• Series largas de producción.
• Tamaño de pieza y/o matrices.
• Costes de personal relativamente bajos.
• Grandes inversiones en maquinaria e instalaciones,
• Alto consumo energético en procesos en caliente.
la lámina de chapa a estirar es rectangular, sujeta por dos mordazas a lo largo de sus lados y se estira permitiendo que se contraiga en su ancho.


Aleaciones de Cinc
mordazas Acero
Plásticos
Madera

materiales elastoplásticos

RECOMENDACIONES


DE DISEÑO
APLICACIONES
Arcos de techos
Carrocerías
marcos de puertas
industria aeronáutica
Barandillas
Basado en el principio de conformado por estirado tangencial, se ha desarrollado un proceso que hace posible la aplicación de estirado tangencial en una prensa de dibujo, de la siguiente manera:
PROCESO "CYRIL-BATH"
- Se ha de reducir el espesor del material para evitar la estrangulación.

- Optimizar el diseño de la pieza mediante sistemas CAD para su posterior implantación en la línea de producción.

- Mejorar los materiales siendo más dúctiles y de mejores propiedades mecánicas.

- Uso de mejores lubricantes.


- Materiales con bajo límite de fluencia y alta ductibilidad.

- Tener en cuenta una dimensión mayor al iniciar cualquier operación cuando se trabaja en caliente.

- Para chapas de aceros realizadas por laminación en caliente y que deban trabajarse en frio: hacer un decapado químico para eliminar el óxido y un recocido para reblandecer el material.

• tensiones residuales muy bajas y homogéneas,

• durabilidad y alta resistencia al desgaste. Aumento de la dureza en alrededor de 2%.

• Se puede utilizar para producir piezas grandes con contornos superficiales.

• estado final de la pieza normalizado sin necesidad de realizar ningún tipo de acabado posteriormente.



• Este proceso se usa principalmente para producción en bajos volúmenes.

• Sólo es adecuado para baja cantidad de producción.

• altos costos laborales y en herramientas según el tamaño de la pieza.
CAPACIDADES
LIMITACIONES
El conformado por estirado de chapa sólo es adecuado para baja cantidad de producción lo que supone altos costes en mano de obra, los costes de herramientas y equipos varían en función del tamaño de la pieza que queramos fabricar.
CONSIDERACIONES ECONÓMICAS
Roladora de 2 rodillos
Roladora de 3 rodillos

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