Proceso De Embutido

Índice

Introducción I

Capítulo I: Proceso de embutido profundo 1

• A) Clasificación de los procesos de conformado 1

• B) Descripción del proceso de embutido profundo 3

• C) Materiales empleados 6

• D) Otras operaciones de embutido 12

• E) Ventajas y desventajas del proceso 12

• F) Aplicaciones industriales 14

Capítulo II: Teoría de embutido profundo 17

• A) Variables 17

• B) Fuerzas de embutido 18

• C) Capacidad de embutido 21

• D) Consideraciones adicionales al proceso de embutido y

en general al estampado de lámina 24

Capítulo III: Rediseño y construcción 27

• A) Condiciones iniciales 27

• B) Manufactura y materiales empleados 33

• C) Planos del herramental 38

• D) Montaje del equipo y pruebas preliminares 49

Capítulo IV: Pruebas mecánicas 51

• A) Metodología del ensayo Erichsen 51

• B) Toma de lecturas y resultados en distintas muestras de lámina 53

• C) Obtención del índice de Erichsen y curvas derivadas del ensayo 58

• D) Simulación del ensayo Erichsen por método de elemento finito 60

Capitulo V: Conclusiones 65

Bibliografía 74

Introducción

Dentro del amplio mundo de la manufactura existen procesos de conformado que son referentes indiscutibles por la gran cantidad de parámetros que existen en torno a ellos y que determinan el éxito o no del proceso, tal es el caso del embutido profundo y en general del estampado de lámina metálica y todas las variantes que se han desarrollado a partir de esta operación: estampado en frío, en caliente o ‘hot stamping’, embutido con recocido intermedio, embutido en varios pasos, embutido con lubricantes minerales o sintéticos, estirado, rechazado y un largo etcétera.

La necesidad de tener procesos de producción con un mínimo de fallas es imperativo en cualquier sector productivo, es por ello que el ensayo Erichsen se yergue como una opción útil para tratar de conocer con mayor detalle las virtudes que tienen las láminas metálicas para deformarse y producir geometrías cada vez más complejas en tanto que el material tenga una mayor ductilidad sin dejar de lado su resistencia.

El estado del arte de la industria de la transformación de la lámina metálica comúnmente es asociado con el nivel de progreso de la tecnología de la simulación por elemento finito, la cuál se ha constituido indudablemente como el brazo derecho de los encargados de las áreas de diseño y producción. El elemento finito sin duda es una herramienta poderosa que reduce costos al no requerir de prototipos físicos. Sin embargo, alrededor del año 2000 a la fecha se han creado nuevos instrumentos que permiten perfeccionar los procesos de estampado toda vez que el elemento finito no es el alfa y omega del proceso, existen condiciones como la lubricación o la sujeción que cambian radicalmente los resultados en las piezas finales. Al hablar de nuevos instrumentos o nuevas tecnologías nos referimos a la digitalización, la cuál en su nivel más alto permite realizar la inspección, en tiempo real, de las piezas conforme se van fabricando, calculando las deformaciones reales y detectando los puntos críticos en las piezas, o sea, aquellas zonas que tienden a la falla (desgarres, adelgazado extremo, pliegues etc.), causadas en gran medida por el diseño mismo del herramental con que se fabrica.

Aplicando la tecnología de la digitalización y una vez determinados los puntos críticos la información recabada se sincretiza con los resultados procedentes de una simulación de elemento finito. Con los datos reales y los datos simulados se da pie a la denominada compensación de herramentales. Esta compensación se calcula en software que traduce los datos físicos y simulados en una deformación de los diseños originales en CAD determinando de esta manera nuevas geometrías que permitirán el

maquinado de nuevas herramientas ajustadas y que impedirán, o por lo menos mitigarán en gran medida, los defectos más recurrentes en las piezas producidas. En pocas palabras, la compensación de troqueles tiene como finalidad mitigar el resorteo o spring back en los productos derivados del estampado, cosa que por si misma el elemento finito no puede lograr.

Fig. I.1 Compensación de un modelo CAD en Think Compensador V2010, para revertir ‘resorteo’ o recuperación elástica en una pieza estampada. En rojo aparece el modelo CAD ajustado. En azul el CAD original.

En lo que toca al trabajo que presentamos, éste tiene como finalidad reconstruir un herramental de embutido que fue fabricado en años anteriores, adaptándolo para que sea posible tener las herramientas que permitan practicar el ensayo Erichsen para caracterización de lámina metálica. A grandes rasgos el ensayo Erichsen es un método que es capaz de caracterizar lámina mediante un número (índice de Erichsen) que indica que tan dúctil es el material en relación con muestras procedentes del mismo material (o de otros) en espesores iguales o diferentes. El ensayo es una prueba útil y bastante sencilla que da un panorama general del posible comportamiento de la lámina en procesos de alta deformación, sin embargo, cabe señalar que no es una prueba concluyente ni determinante, la fiabilidad de sus resultados es consecuencia directa de la repetibilidad de los ensayos y de sus condiciones generales tales como velocidad de punzón, lubricación, sujeción, etcétera, lo cual es, en gran medida, responsabilidad de quien ejecute la prueba y procese la información derivada de cada experiencia.

Originalmente el proyecto se había concebido únicamente para reconstruir un herramental y realizar pruebas mecánicas en láminas de distintos materiales, con el tiempo se introdujo la simulación del proceso en elemento finito y hacia la culminación del trabajo se tuvo acceso a la técnica de la digitalización o escaneo de las muestras ensayadas. Con la digitalización pudimos verificar los resultados y así darle una mayor validez al trabajo en su conjunto.

Este trabajo está dividido en cinco capítulos, los dos primeros enfocados a sentar las bases teóricas de procesos de manufactura haciendo énfasis en los procesos de deformación de lámina metálica, particularmente el embutido cuya matemática es útil para comprender el resto de los procesos análogos a él. Los tres capítulos restantes conforman la parte medular de la investigación y tratan acerca de la fabricación del herramental y su estricto apego a la norma que se adoptó como estándar de pruebas, asimismo, también se habla de los resultados obtenidos en los ensayos practicados y la validación de los mismos a través de la inspección de las piezas digitalizadas, redondeando así el trabajo ya que no sólo se certifica la operación del herramental, sino la fiabilidad del conjunto en general, esto es, de la máquina de pruebas, de su interacción con el herramental y de la manera en que fue operada a fin de tener ensayos los más similares entre sí.

Culminaremos esta introducción esperando que toda la información y experiencia condensada en este texto pueda serle útil a cualquier persona cuyo interés se enfoque en el área de los materiales y la manufactura de lámina metálica, sin dejar de lado aspectos y herramientas que enriquecen y fomentan el perfeccionamiento de esta gran vertiente de la ingeniería mecánica, tales como la digitalización y el cada vez más indispensable elemento finito.

Capítulo I

Proceso de embutido profundo

Objetivo:

Dar una breve introducción a los procesos de conformado mecánico de materiales haciendo énfasis en el embutido y deformación de lámina metálica en general.

A) CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CONFORMADO

Existe una considerable cantidad de procesos de conformado de materiales, se puede establecer una clasificación de acuerdo a muchos factores, pero principalmente se agrupan de acuerdo a la materia prima con la que se parte o si se trabaja en frío o caliente; así, la fundición es de los metales como la inyección de los polímeros.

Una clasificación más formal puede establecerse de la siguiente manera, la cual ha sido obtenida de

• Procesos de conformado de metales

 Moldeo en arena verde



 Moldeo en cáscara (shell)

Molde no permanente Moldeo al vacío







Fundición







Moldeo con espuma



Moldeo a la cera perdida (revestimiento)

Fundicón hueca

Fundición a baja presión



Molde permanenteFundición con molde permanente al vacío

 Fundición en dados

 

 Fundición centrífuga

 En frío

Laminado

 En caliente

 En frío

Dado abierto

Forjado 

Procesos de deformación volumétrica (masiva 



En calienteDado cerrado

Directa

ExtrusiónEn frío 

 En calient



Inversa eTransversal

EstiradoEn frío

 Cizallado

 

Operaciones de cortePunzonado

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