Embutido profundo/ deep and cup drawing

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Deep and cup drawing (Dibujo profundo)

Dulce Alejandra Flores Medina

La industria manufacturera metal-mecánica en general, se encuentra en constante evolución e innovación debido a la gran demanda actual de productos y a su continuo crecimiento. Los procesos de manufactura sufren radicales cambios en cuanto a su manera de fabricar productos. Hace algunas décadas la intervención de la mano del hombre para la fabricación de piezas era fundamental, actualmente sólo se requiere de un par de operadores y varias máquinas para elaborar un sinfín de productos. Estos procesos que cuentan con un alto grado de automatización permiten obtener productos de mejor calidad a menor costo y ofrecen mayor seguridad a los operadores. De los procesos de manufactura, el proceso de embutido o embutido profundo/semiprofundo, es uno de los que mayores riesgos presentan para el operador, debido a que se necesita operar la materia prima de forma manual y colocarla en una máquina llamada prensa o troqueladora.

El dibujo profundo es un proceso en la formación de chapa metálica por la acción mecánica de un punzón. Un blanco de chapa plana se forma sobre una sola herramienta de definición rígida y de forma la mitad por un diafragma de goma flexible bajo una presión hidrostática uniforme.

El embutido (dibujo profundo) es una operación de formado de láminas metálicas que se usa para hacer piezas de forma de copa y otras formas huecas más complejas. Se realiza colocando una lámina de metal sobre la cavidad de un dado y empujando el metal hacia la cavidad de éste con un punzón, como se muestra en la figura 1. La forma debe aplanarse contra el dado por un sujetador de formas. Las piezas comunes que se hacen por embutido son latas de bebidas, casquillos de municiones, lavabos, utensilios de cocina y partes para carrocería de automóviles.

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Figura 1. (a) Embutido de una parte en forma de copa: (1) inicio de la operación antes de que el punzón toque el trabajo y (2) cerca del fin de la carrera; y (b) piezas de trabajo correspondientes: (1) forma inicial y (2) parte embutida. Los símbolos indican: c = claro, Db = diámetro de la forma inicial Dp = diámetro del punzón, Rd = radio de la esquina del dado, Rp = radio de la esquina del punzón, F = fuerza de embutido, Fh = fuerza de sujeción.

El proceso de dibujo profundo es a menudo una combinación de formación de estiramiento y dibujo profundo. Al comienzo del proceso de formación, cuando el punzón se mueve hacia abajo y forman la parte inferior, se da un estiramiento general formando resultados del proceso. Cuando la parte inferior es formada, el proceso de dibujo profundo sigue, caracterizado por la transferencia del dibujo fuerza del punzón a través de la pared de la copa en la brida. Dentro de los resultados de la brida el proceso de conformado principal con cargas de compresión radiales y tangenciales.

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Figura 2. Muestra todo el proceso de dibujo profundo, incluyendo la formación de estiramientos y procesos de dibujo.

Durante el proceso de dibujo profundo, diferentes condiciones de tensión dan como resultado el material.

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Figura 3. Muestra una copa dibujada con las diferentes zonas de carga. Las zonas de interés son la brida, la pared lateral (pared de la copa) y su parte inferior.

La condición de estrés en el área de brida es una carga de tracción en dirección radial y carga de compresión en dirección. Las condiciones de tensión determinan el proceso de conformado en el dibujo profundo. La condición de estrés importante en la pared de la copa es el punto de transición del punzón radio al área de la pared de la copa. Esta zona de carga se caracteriza por una carga de deformación unitaria plana, mientras que la parte inferior de la copa tiene una carga de tensión biaxial. El fondo de la copa y su biaxial la carga de tensión determina el proceso de formación de estiramiento.

El proceso se considera profundo cuando la profundidad de la pieza dibujada excede su diámetro. Esto se logra redibujando la pieza mediante una serie de troqueles.

La región de la pestaña, la chapa en el área del hombro de la matriz experimenta una tensión de estiramiento radial y una tensión de compresión tangencial debido a la propiedad de retención del material.

Estas tensiones de compresión, tensiones de aro, dan como resultado arrugas en las bridas. Estas arrugas se pueden prevenir mediante el uso de un soporte en blanco, cuya función es facilitar el flujo de material controlado en el radio de la matriz.

Métodos:

– Embutido libre:

 Lámina suficientemente rígida evita el arrugado, depende del perfil de la matriz.

– Embutido con pisador:

 Se usa cuando la lámina es relativamente delgada, restringe el desplazamiento de la brida para evitar el arrugamiento.

Mecánica del dibujo profundo (embutido)

El embutido de partes en forma de copa es la operación básica del embutido. Con las dimensiones y los parámetros que se muestran en la figura 1 examinaremos la operación y la mecánica del embutido. Se embute un disco de diámetro Db dentro de un dado por medio de un punzón de diámetro Dp. El punzón y el dado deben tener un radio en las esquinas determinado por Rp y Rd. Si el punzón y el dado tienen esquinas agudas (Rp y Rd = 0), se realizará una operación de perforado de un agujero en lugar de una operación de embutido. Los lados del punzón y del dado están separados por un claro c. Este claro es aproximadamente 10% mayor que el espesor del material en embutido:

c =1.1t

El punzón aplica una fuerza F hacia abajo para realizar la deformación del metal y el sujetador de partes o de formas aplica una fuerza de sujeción Fh hacia abajo, como se muestra en la figura 1.

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Figura 4. Etapas en la deformación del material de trabajo en el embutido profundo: (1) el punzón entra en contacto con el trabajo, (2) doblado, (3) enderezado, (4) fricción y compresión, y (5) forma final de la copa, mostrando los efectos del adelgazamiento en las paredes de la copa. Los símbolos indican: v movimiento del punzón, F = fuerza del punzón, Fh = fuerza del sujetador de formas.

Conforme el punzón se desliza hacia abajo, hasta su posición final, la pieza de trabajo experimenta una serie compleja de esfuerzos y deformaciones al tomar gradualmente la forma definida por el punzón y la cavidad del dado, Las etapas en el proceso de deformación se ilustran en la figura 4. Cuando el punzón empieza a empujar al material de trabajo, somete al metal a una operación de doblado. La lámina es doblada simplemente sobre la esquina del punzón y la esquina del dado, como se muestra en la figura 4 (2). El perímetro exterior del disco se mueve hacia el centro en esta primera etapa pero sólo ligeramente. A medida que el punzón avanza, ocurre una acción de enderezado del metal que fue previamente doblado sobre el radio del dado, etapa (3) de la figura. El metal en el fondo de la copa, así como a lo largo del radio del punzón, se ha movido hacia abajo junto con el punzón, pero el metal que se había doblado sobre el radio del dado se endereza para que pueda jalarse dentro del claro y formar la pared del cilindro. En este punto se necesita más metal para reemplazar al que ahora forma la pared del cilindro. Este nuevo metal viene del borde exterior de la forma original. El metal en la porción exterior de la forma se jala o embute hacia la apertura del dado para sustituir al metal previamente doblado y enderezado que ahora forma la pared del cilindro. De este tipo de flujo de metal a través de un espacio restringido es de donde toma su nombre el proceso de embutido. Durante esta etapa del proceso, la fricción y la compresión en la brida juegan papeles importantes. Para que el material de la brida se mueva hacia la apertura del dado, se debe superar la fricción entre la lámina de metal y las superficies del sujetador y del dado, Inicialmente se involucra la fricción estática hasta que el metal empieza a moverse, debido al flujo de metal, es entonces que la fricción cinética gobierna el proceso. La magnitud de la fuerza de sujeción aplicada por el sujetador, así como las condiciones de fricción de las dos interfases son factores que determinan el éxito de la operación de embutido. Generalmente se usan lubricantes o compuestos para reducir las fuerzas de fricción durante el embutido. Además de la fricción, ocurre también el arrugado de la brida remanente, debido a que el metal de la brida se estira hacia el centro, el perímetro exterior se hace menor, como el volumen del metal permanece constante, el metal de la brida se comprime y se hace más grueso al reducirse el perímetro.

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