LAS PRENSAS EXCÉNTRICAS E HIDRÁULICAS COMO MÁQUINAS UTILIZADAS EN EL CONFORMADO DE METALES
Las prensas tienen capacidad para la producción rápida, puesto que el
tiempo de operación es solamente el que necesita para una carrera del ariete,
mas el tiempo necesario para alimentar el material. Por consiguiente se pueden
conservar bajos costos de producción.
La maquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frio
y algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que
sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para
mover el ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada.
Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones diseñados para
ciertas operaciones específicas. La mayoría de operaciones de formado,
punzonado y cizallado, se pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan
matrices y punzones adecuados.
Prensas Excéntricas
En las prensas excéntricas con frecuencia están conectadas o son
conectables al accionamiento principal unos dispositivos que, si hace falta,
deben acoplarse sin juego o con poco juego al árbol excéntrico.
Son conocidas por ejemplo prensas excéntricas de marcha rápida con
regulación de altura, en las que la excéntrica lleva un casquillo de
excéntrica, en el que está montada la biela. La elevación de la prensa se
ajusta por la torsión del casquillo del casquillo de excéntrica contra la
excéntrica. Durante el funcionamiento normal el casquillo de excéntrica está
retenido en la excéntrica. Esto debe efectuarse lo más posible con una
retención solidaria en rotación; el juego de giro no es admisible.
En estas
maquinas el movimiento de giro del accionamiento se transforma en movimiento
rectilíneo del carro por medio de un cigüeñal o de una excéntrica a través de
un empujador y una articulación esférica.
Prensas Hidráulicas
Es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones
de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras
mayores. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos.
Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de
motores.
En el conformado de metales se deben tener en cuenta ciertas propiedades,
tales como un bajo límite de fluencia y una alta ductilidad. Estas propiedades
son influenciadas por la temperatura: cuando la temperatura aumenta, el límite
de fluencia disminuye mientras que la ductilidad aumenta.
Existe para esto un amplio grupo de procesos de manufactura en los cuales
las herramientas, usualmente un dado de conformación, ejercen esfuerzos sobre
la pieza de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría del dado.
Trabajo en frío
Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre
al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal,
produciendo a la vez una deformación.
Trabajo en caliente
Se define como la deformación plástica del material metálico a una
temperatura mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo
en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi
ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal
tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad
DIAGRAMA ESFUERZO - DEFORMACIÓN
Gráfico del esfuerzo como una función de la deformación. Puede construirse
a partir de los datos obtenidos en cualquier ensayo mecánico en el que se
aplica carga a un material, y las mediciones continuas de esfuerzo y de
formación se realizan simultáneamente. Se construye para ensayos de compresión,
tensión y torsión.
Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de aplicación de la fuerza. En el
caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en dirección del eje de ella y
por eso se denomina axial, la probeta se alargara en dirección de su longitud y
se encogerá en el sentido o plano perpendicular. Aunque el esfuerzo y la deformación
ocurren simultáneamente en el ensayo.
Diagrama esfuerzo-deformación obtenido a partir del ensayo normal a la
tensión de una manera dúctil. El punto P indica el límite de proporcionalidad;
E, el límite elástico Y, la resistencia de fluencia convencional determinada
por corrimiento paralelo (offset) según la deformación seleccionada OA; U; la
resistencia última o máxima, y F, el esfuerzo de fractura o ruptura.
a) Límite de proporcionalidad:
Se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado límite de
proporcionalidad, es un segmento de recta rectilíneo, de donde se deduce la tan
conocida relación de proporcionalidad entre la tensión y la deformación
enunciada en el año 1678 por Robert Hooke. Cabe resaltar que, más allá la
deformación deja de ser proporcional a la tensión.
b) Limite de elasticidad o limite elástico:
Es la tensión más allá del cual el material no recupera totalmente su forma
original al ser descargado, sino que queda con una deformación residual llamada
deformación permanente.
c) Punto de fluencia:
Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del
material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir
mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenómeno de la fluencia es
característico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros,
aleaciones y otros metales y materiales diversos, en los que no manifiesta.
d) Esfuerzo máximo:
Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación.
e) Esfuerzo de Rotura:
Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura.
FUERZAS DE CONFORMADO EN LOS DIFERENTES PROCESOS DE CORTE
En
este proceso se obtiene la flexión debido a la aplicación de un momento, en el
metal sometido a flexión, existe gran variación de tensiones en una misma sección
transversal. Los procesos de flexión incluyen al doblado.
Es
un proceso de conformado mecánico por flexión en el que el metal es obligado a
tomar nuevas formas por movimiento o flujo plástico. Sin alterar su espesor de
forma que todas las secciones permanezcan constante. El doblado abarca procesos
como son: plegado, rolado, perfilado, embutido etc.
Es un proceso de conformado mecánico por flexión, mediante el cual se deforma una lámina metálica y se le da forma de superficie desarrollable, considerando como tal, la que puede extenderse sobre un plano sin sufrir deformación.
Es un proceso de conformado mecánico por flexión que consiste en fabricar perfiles de longitud considerable por medio de curvado o doblado de tiras de láminas mecánicas.
DOBLADO
El
doblado de metales es la deformación de láminas alrededor de un determinado
ángulo. Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90
grados), cerrados (menores a 90°) o rectos. Durante la operación, las fibras
externas del material están en tensión, mientras que las interiores están en
compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la
lámina metálica.
Existen
diferentes formas de doblado, las más comunes son: doblado entre dos formas y
doblado deslizante.
Doblado entre formas:
En este tipo de doblado,
la lámina metálica es deformada entre un punzón en forma de V u otra forma y un
dado. Se pueden doblar con este punzón desde ángulos muy obtusos hasta ángulos
muy agudos. Esta operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo
volumen de producción.
Doblado Deslizante:
En el doblado
deslizante, una placa presiona la lámina metálica a la matriz o dado mientras
el punzón le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado.
Este tipo de doblado
está limitado para ángulos de 90°. Cuando se remueve la fuerza de doblado, la
lámina intenta regenerarse gracias a una propiedad elástica de los metales
conocida como memoria, restitución o recuperación. Esta propiedad no sólo se
observa en láminas y placas planas, sino también en varillas, alambres y barras
con cualquier perfil transversal.
EMBUTIDO
El
embutido consiste en colocar la lámina de metal sobre un dado y luego
Presionándolo hacia la cavidad con ayuda de un punzón que tiene la forma en la
cual quedará formada la lámina.
Se denomina Embutición al proceso de
conformado en frío de los metales, por el que se transforma un disco o piezas
recortada, según el material, en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas
previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura.
La embutición es un buen proceso para
la fabricación en chapa fina de piezas con superficies complejas y altas
exigencias dimensionales, sustituyendo con éxito a piezas tradicionalmente
fabricadas por fundición y mecanizado.
CÁLCULO DE NÚMERO DE PASES DE EMBUTICIÓN
La determinación de las
dimensiones de la chapa de la que ha de salir el objeto embutido se basa en la
igualdad de los volúmenes de material del trozo de chapa inicial y el de la
pieza embutida. La importancia de la determinación del desarrollo se basa en tres
necesidades:
1 Economía del material
2 Facilidad de embutición
3 Reducción del número de útiles.
Los cálculos que se describen en los numerales
siguientes son aplicables a cuerpos huecos que tengan forma geométrica regular
y con sección circular. Para cuerpos irregulares no siempre se puede realizar
un cálculo exacto.
Haciendo la aproximación de que el espesor no varía durante la embutición,
será suficiente con encontrar la igualdad entre la superficie de la embutición
y la de corte.
La determinación del número de operaciones, junto a la
del diámetro del disco inicial son dos de las cuestiones más importantes de los
procesos de embutición. La necesidad de realizar el embutido en dos o más
pasadas viene determinada por la imposibilidad de que el material pueda
resistir la elevada tensión radial a que se le somete durante el proceso de
embutición debido a la relación existente entre el diámetro inicial del disco y
el diámetro del recipiente a embutir.
Las piezas
embutidas de gran profundidad, o de forma complicada no pueden ser obtenidas en
una sola operación. Estas deben ser deformadas en varias etapas y en matrices
diferentes, acercandose progresivamente a la forma definitiva.Cuanto mas pekeño
es el diametro del punzon respecto al disco a embutir tanto mayor sera la
presion necesaria para el embutido. Para que esta presion no provoque la rotura
de la chapa, esta no debe superar los limites de resistencia del material. Los
factores mas importantes que influencian la calidad y la dificultad de las
embuticiones son:
1.
Caracteristicas del material: propiedasdes, tamaño de
grano.
2.
Espesor del material.
3.
Tipo de embuticion: simple doble o triple efecto.
4.
Grado de reducciones.
5.
Geometria de la embuticion.
Para la
determinacion de las operaciones por el metodo de coeficientes de reduccion, se
parte del calculo de la chapa plana y se procede a multiplicar cada nuevo
diametro por un factor dependiente del tipo de chapa hasta alcanzar el valor
deseado.
En la siguiente
figura se ilustra el proceso donde D es el diametro de desarrollo, d1
el diametro de la primera embuticion, d2 el de la segunda etc. Se
tiene en consecuencia lo siguiente:
d1 =
K1 x D
d2 =
K2 x d1
d3 =
K2x d2
También es posible calcular el número de pasadas por
medio de una grafica, en este método se traza una línea vertical
correspondiente al diámetro del disco, luego se irán comprobando los diámetros
y las alturas a cada lado de la grafica, hasta hallar el más aproximado a la
pieza que se necesita fabricar.
Otra forma de calcular
la embutición es utilizando las siguiente tabla.
USO DE TABLAS DE ESFUERZOS EN MATERIALES A CONFORMAR Y OTRAS VARIABLES
Cualquier material que pueda ser
conformado en frio con un cierto radio de doblado, tambien puede ser conformado
en una maquina de perfilar. En la siguiente tabla se muestra un Ranking de los materiales con mejores características para ser
conformados mediante una maquina perfiladora en frio. Donde 100 significa que
el material presenta condiciones excelentes mientras que un “0” cero significa
que no puede ser usado en este proceso de conformación.
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