Matriceria - Mantenimiento PDF

Preview

Summary

Mantenimiento ...

Description

T R A TA D O D E M A T R IC ER ÍA

An t o n io Flo rit

www.tecnofisis.com

Aunque se han tomado todas las precauciones necesarias para asegurar la exactitud de las informaciones proporcionadas en este libro, ni el autor ni el editor pueden ser considerados responsables de las consecuencias derivadas de informaciones incorrectas o mal presentadas, así como tampoco de omisiones o errores que se hubieran podido producir en la realización de este libro.

No se permite la reproducción total o parcial de este libro, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright.

Diseño de cubierta y maquetación de la obra: TECNOFISIS GLOBAL, S.L. Imagen de portada y contraportada: Quantech ATZ DERECHOS RESERVADOS: © de la obra: Antonio Florit Sans © 2008 para la presente edición en español: TECNOFISIS GLOBAL, S.L. C/ Arquitecto Calzada, 1, 3º 1ª – (08940) Cornellà del Llobregat, Barcelona www.tecnofisis.com email: [email protected] ISBN: 978-84-612-688-7 Depósito Legal: Z-3778-2008 Impresión: INO REPRODUCCIONES, Zaragoza Impreso en España – Printed in Spain

Su m a r io

1

M a t r ic e r ía

2

Fu n d a m e nt o s d e c o r t e

3

C a r a c t e r ís t ic a s c o n s t r u c t iv a s d e la s m a t r ic e s d e c o r t e

14 8

4

Pr o c e d im ie n t o s d e c o n fo r m a d o d e la c h a p a

264

5

D o b la d o

268

6

Em b u t ic ió n

394

7

M a t e r ia le s d e c o n s t r u c c ió n d e lo s ú t ile s d e c o n fo r m a d o y s u t r a t a m ie nt o

580

Re p u ls a d o

604

8

11 80

www.tecnofisis.com

P r e s e n t a c ió n

Es para mí una gran satisfacción el poder ofrecerles este “Tratado de Matricería”, cuya iniciativa surgió en un intento de paliar la falta de recursos didácticos y de contenidos técnicos actualizados en lo que a esta rama de la Mecánica se refiere. Debo reconocer no obstante que, cuando uno decide emprender un proyecto de esta envergadura, quizás no es totalmente consciente de la enorme labor que representa la recopilación y la selección de material, así como el ensayo de los numerosos ejercicios que en la obra se exponen a modo de ilustración o demostración. Desde un principio y en este aspecto, cabe decir que mi trabajo se vió alentado por el apoyo de numerosas personas y entidades afines a la profesión que, conocedoras del vacío en cuanto a información técnica actualizada se refiere, me animaron en todo momento a continuar, aportando ideas y depositando en mí y en mi proyecto su máxima confianza, tanto personal como profesionalmente. La preparación de este libro, pensado como una obra de consulta para empresarios del sector y profesionales de industrias afines, profesores técnicos de Formación Profesional, proyectistas, mandos intermedios, oficiales ajustadores y aprendices matriceros, y también como un recurso valioso para el aprendizaje de los estudiantes de Formación Profesional, ha sido llevada a cabo contando con las últimas innovaciones tecnológicas en cuanto a los procesos de deformación de la chapa se refiere. De ese modo, sus contenidos han sido desarrollados desde una perspectiva completamente renovada y con una exposición minuciosa de las nuevas técnicas de diseño, construcción y fabricación más avanzadas, teniendo en cuenta el uso de nuevos materiales y la aplicación de recubrimientos de mejores prestaciones, así como el empleo de novedosos sistemas y elementos normalizados. Todo ello sin perder de vista los procedimientos de trabajo convencionales, no menos rigurosos e importantes, y aún insustituíbles en numerosos procesos productivos. Ahora, con la ilusión que supone sacar a la luz una nuevo título y con la convicción más absoluta de su razón de ser, quisiera invitar desde estas líneas a la lectura y práctica de esta obra, especialmente a los nuevos aprendices de taller, a los estudiantes de Formación Profesional y también a todos aquellos que quieran adentrarse en este ámbito tan interesante como competitivo, y que tanta proyección de futuro ofrece, para que dentro de un tiempo podamos hablar de nuevos valores y mejores profesionales del oficio. El autor

www.tecnofisis.com

394

Tratado de M atrice ría

6 . Em b u t ic ió n

6 .1 D e fin ic ió n y d e s c r ip c ió n d e l p r o c e s o d e e m b u t ic ió n G e n e r a lid a d e s La embutición es un proceso de matricería que consiste en la fabricación de piezas recipientes por la deformación en frío de una chapa plana o formato. Esta técnica de conformado solamente es aplicable a los materiales metálicos, y se basa en la plasticidad de dichos materiales y en su facilidad de fluencia y adaptación a las formas de los útiles, para conseguir infinidad de productos de cierta capacidad o volumen.

La embutición es un procedimiento de conformado que aprovecha la capacidad de fluencia de algunos materiales metálicos para conseguir piezas recipientes a partir de una chapa o formato plano.

El procedimiento de embutición trata de obtener formas recipientes únicamente por deformación del material y no por estirado del mismo. De este modo, se puede afirmar que la embutición ideal es aquella en la cual la chapa es capaz de conservar su espesor inicial o de forma-

www.tecnofisis.com

Em b utición

395

to, una vez que ha sido sometida a la deformación propia del proceso. En la inmensa mayoría de los casos no ocurre así, pues, como veremos más adelante, los esfuerzos producidos durante el proceso hacen que la chapa experimente algunas variaciones respecto a su espesor inicial. La embutición de la chapa se realiza mediante unos utillajes de construcción similar a las matrices corte. La principal diferencia que existe radica en la forma redondeada y perfectamente pulida de las aristas de los elementos activos, cuya finalidad es facilitar el deslizamiento del material entre ambos elementos. Punzón y matriz de un utillaje de embutición. La práctica de unos radios adecuados y Los espesores de chapa que se pueden embutir convenientemente pulidos en los elementos oscilan entre unas pocas décimas y unos veinte milíactivos del útil facilitan el deslizamiento metros, dependiendo, claro está, de la aplicación que suave de la chapa entre dichos elementos. se va a dar a los productos fabricados. Por poner un ejemplo, en el sector del automóvil se utilizan chapas cuyo espesor ronda los 0,8 mm para piezas de panelería. En cambio, en el campo de la calderería resulta, habitual la embutición de espesores superiores a los 5 mm. En cualquier caso, y dada la multitud de productos que pueden fabricarse mediante este procedimiento, la embutición es considerada como uno de los procesos más importantes dentro del ámbito de la deformación en frío de la chapa.

Diversas piezas embutidas.

www.tecnofisis.com

396

Tratado de M atrice ría

D e s c r ip c ió n d e lo s p r o c e s o s d e e m b u t ic ió n El desarrollo de un procedimiento de embutición presenta la mayoría de las veces una serie de dificultades añadidas respecto a otros procesos, porque la deformación sufrida por la chapa en el transcurso de la operación supone grandes desplamientos moleculares en el material conformado. Los esfuerzos de estiramiento y de compresión de la chapa en las zonas críticas de una embutición son mucho más acusados que en otros procesos, dando lugar, en numerosas ocasiones, a la formación de arrugas, pliegues y roturas. El uso de pisadores o sujetachapas en los procesos de embutición disminuye o elimina los problemas derivados de tales deformaciones, aunque, en algunos casos, el conformado de la chapa puede realizarse sin la ayuda de estos elementos. En estas circunstancias, el utillaje está formado únicamente por un punzón y una matriz, aparte de los elementos de base y de sujeción de ambos. El proceso de embutición en el cual no interviene ningún elemento de pisado del material se denomina “embutición de simple efecto” y, en él, la superficie de la chapa permanece libre hasta que no se produce la embutición.

Utillajes empleados para la embutición de una misma pieza, sin (izda.) y con pisado de la chapa (dcha.).

Para conocer con anterioridad a la ejecución de un proyecto de embutición si resultará viable sin llevar a cabo el pisado de la chapa, es suficiente con observar que se cumple la siguiente relación:

d ≥ 0,8 D siendo (d) el diámetro de la pieza embutida obtenido sobre su fibra neutra, y (D) el diámetro del desarrollo o formato inicial, ambos términos expresados en mm.

www.tecnofisis.com

Em b utición

397

* Con objeto de homologar criterios sobre la determinación de desarrollos de las piezas embutidas, y para evitar confusiones al respecto, el cálculo y la resolución de los ejercicios de este tema han sido realizados sobre la fibra neutra (x) de la chapa, tomando como valor único: x = 0,5 · e Del mismo modo, todos los ejemplos expuestos hacen referencia a la embutición de piezas de revolución (tanto los textos como las imágenes), salvo excepciones donde se exprese lo contrario.

Em b u t ic ió n s in p is a d o d e la c h a p a

Los procesos de embutición de simple efecto o sin pisado de la chapa se llevan a cabo mediante útiles de construcción sencilla, que constan únicamente de un punzón y de una matriz, sujeta sobre una base, para su fijación a la prensa. El centraje del formato sobre el utillaje se realiza con la ayuda de una plantilla o de unos topes, a conveniencia. La embutición sin pisado de la chapa se sucede según las siguientes fases (ver página 398): En su posición de reposo, la parte móvil del utillaje se encuentra en el punto muerto superior (PMS) de la máquina. La chapa a conformar se coloca centrada sobre la matriz, que se halla sujeta a la mesa de la prensa (SSecuencia 1 ). Cuando la máquina es accionada, el cabezal de la prensa inicia su descenso y el punzón entra en contacto con el formato a embutir (SSecuencia 2 ). El avance del cabezal de la máquina continúa y, una vez que ha sido vencida la resistencia de la chapa, ésta comienza a deslizarse entre el punzón y la matriz. Cuando la parte móvil de la herramienta llegue al punto muerto inferior de su carrera (PMI), la chapa habrá adoptado la forma definitiva (S Secuencia 3). En su última fase, el cabezal de la prensa retorna a su posición inicial y la pieza queda liberada del punzón por el tope de su sección contra la arista inferior de la vida de la matriz. Cuando la parte móvil alcance el punto muerto superior (PMS), la prensa estará preparada para realizar un nuevo ciclo (S Secuencia 4 ).

Em b u t ic ió n c o n p is a d o d e la c h a p a

Como en otras operaciones de matrizado, la sujeción del material durante el desarrollo de un proceso de embutición juega un papel muy importante en la obtención de productos de elevada calidad.

www.tecnofisis.com

398

Tratado de M atrice ría

S e c u e n c ia 1

S e c u e n c ia 3

S e c u e n c ia 2

S e c u e n c ia 4

Secuencias de un proceso de embutición sin pisado de la chapa.

www.tecnofisis.com

Em b utición

399

En los procedimientos de embutición con pisado de la chapa los utillajes están dotados de un sistema elástico que permite sujetar el material a conformar, manteniéndolo inmovilizado en todo momento. Además, el uso de un pisador permite el guiado de los punzones en toda su longitud, evitando alineaciones defectuosas a causa de pandeos u holguras. En consecuencia, dichos procedimientos son los más utilizados en el ámbito del conformado de la chapa. Las fases de un proceso de embutición con pisado de la chapa, son las siguientes (ver página 4000): Del mismo modo que ocurre en otras operaciones, una vez montada la matriz en la prensa y estando en su posición de reposo o punto muerto superior (PMS), la chapa a embutir se centra en la matriz, según los elementos dispuestos a tal efecto (SS Secuencia 1 ). Cuando la máquina es accionada, el cabezal comienza su carrera de descenso y el pisador hace contacto sobre la chapa, cediendo en el momento en que la fuerza de la prensa supera la presión ejercida por los elementos elásticos del útil (SSecuencia 2 ). La parte móvil del utillaje continúa bajando y el punzón inicia la embutición de la chapa, obligándola a fluir entre éste y la matriz (SSecuencia 3). Cuando la prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzón se halla alojado dentro de la matriz y la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva (S Secuencia 4 ). En la última fase del proceso, el cabezal de la prensa vuelve a su posición inicial. En los casos en que una parte de la superficie de la chapa no deba ser embutida, es liberada por el pisador en el instante inmediato en que el punzón se esconde, por ausencia de presión sobre la parte móvil del utillaje. En tales circunstancias, la evacuación de las piezas se realiza por la parte superior de la matriz. Si, por el contrario, la superficie del formato debe ser embutido íntegramente, el desalojo de las piezas se efectúa gracias al agujero practicado a tal efecto en la parte fija del útil (S Secuencia 5). Al llegar a la posición de reposo o punto muerto superior (PMS), la prensa está lista para iniciar un nuevo ciclo, previamente retirada la pieza embutida (S Secuencia 6). En el ámbito de la troquelería pesada, y también en el de conformado de piezas de tamaño medio, los procedimientos de embutición con pisado de la chapa se desarrollan de modo diferente, la concepción de los troqueles, las fuerzas que actúan sobre ellos y el sistema de funcionamiento de las prensas son también distintos. La técnica consiste en “invertir” la posición del útil sobre la prensa, y es utilizada básicamente en los procesos de embutición de piezas para el sector del automóvil, aunque también tiene numerosas aplicaciones en otros sectores del conformado de la chapa. De ese modo, la matriz de embutir se halla situada en la parte superior de la máquina, solidaria con el carro o maza, mientras que el punzón de conformado y el pisador se disponen sobre la mesa, en la parte inferior de la prensa.

www.tecnofisis.com

400

Tratado de M atrice ría

S e c u e n c ia 1

S e c u e n c ia 2

S e c u e n c ia 3

S e c u e n c ia 4

S e c u e n c ia 5

S e c u e n c ia 6

Secuencias de un proceso de embutición con pisado de la chapa.

www.tecnofisis.com

Em b utición

401

Troquel de embutir.

Considerando el tamaño de los formatos, su área de pisado y la magnitud de los esfuerzos solicitados para llevar a cabo tal acción, es obvio que el sistema de pisado de la chapa en los troqueles no puede estar constituído por simples elementos elásticos. En estos casos, la fuerza necesaria para efectuar el pisado de la chapa se obtiene gracias a uno o varios cojines neumáticos, que, convenientemente dispuestos bajo la mesa de la prensa y mediante unos pernos de presión, tienen la capacidad de transmitir los esfuerzos requeridos (ver página 67 del capítulo 1). La ventaja principal de los cojines neumáticos reside en su capacidad de regulación y control, pudiéndose modificar los valores de los esfuerzos transmitidos, en función de las características físicas del material a conformar y también de otros parámetros que intervienen en el proceso. Cabe decir que esta misma ventaja puede suponer un inconveniente, si el proceso loea desarrolla un operario inexperto. Las fases de un proceso de embutición llevado a cabo mediante un troquel de estas características son las siguientes: En su fase inicial, la matriz está sujeta al carro o maza de la prensa, en su posición de reposo o punto muerto superior (PMS). El formato a embutir se centra sobre el pisador, cuyo plano de trabajo se halla a un nivel ligeramente superior al del punzón de conformado, gracias a la acción de los pernos de presión (SSecuencia 1 ). Cuando se acciona la prens es accionada, la maza inicia su carrera de descenso y la matriz hace contacto sobre el formato. El pisador comenzará a ceder en el momento en que la fuerza de la maza supere la presión ejercida por los cojines, iniciándose así la embutición de la chapa (S Secuencia 2 ). www.tecnofisis.com

402

Tratado de M atrice ría

La matriz continúa bajando, obligando el material a fluir entre ésta y el punzón. Cuando la prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzón se halla alojado dentro de la matriz y la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva. En esta fase, el pisador se encuentra retraído por la presión ejercida sobre él por parte de la matriz (SS Secuencia 3). En la última fase del proceso, el carro de la prensa vuelve a su posición inicial. Conforme la matriz deja de presionar el pisador, éste sube por acción de los pernos de presión. La pieza embutida es extraída del punzón, liberándose completamente en el instante inmediato en que el pisador alcanza el final de su carrera y la matriz deja de hacer contacto sobre el mismo. Al llegar a su punto muerto superior (PMS), la prensa está lista para iniciar un nuevo ciclo, previamente retirada la pieza embutida (S Secuencia 4 ).

S e c u e n c ia 1

S e c u e n c ia 2

S e c u e n c ia 3

S e c u e n c ia 4

Secuencias de un proceso de embutición con pisado de la chapa mediante cojín neumático. Al no formar parte del utillaje, este último elemento no se halla representado en la figura, debiéndo sesuponer su posición bajo los pernos de presión o candelas.

www.tecnofisis.com

Em b utición Otro sistema flotante utilizado en troquelería pesada para el pisado de la chapa, es aquél en que los cojines neumáticos son sustituídos por cilindros de gas. Los cilindros de gas son unos elementos homologados, de cuerpo cilíndrico y hueco, aunque compacto, que constan de un vástago dotado de un émbolo en uno de sus extremos. En el interior de los cilindros, se dispone una carga de gas nitrógeno (N) a una presión determinada por el fabricante, la cual produce una fuerza de reacción sobre el émbolo de sus vástagos. Esta fuerza es aprovechada como elemento elástico o de recuperación en los sistemas de pisado de los troqueles.

403

Los cilindros de gas se utilizan en troquelería como elementos elásticos de los sistemas flotantes de pisado para la transmisión de grandes esfuerzos de carrera larga y baja cadencia en espacios reducidos.

La secuencia de trabajo de un troquel de embutición equipado con cilindros de gas en su sistema de pisado es idéntica a la secuencia de trabajo de un troquel con un sistema flotante formado por cojines neumáticos.

Cilindros de gas seccionados. Por cortesía de Normalizados Fibro GmbH.

www.tecnofisis.com

404

Tratado de M atrice ría

Placa de presión con amortiguación

Parte superior del útil Pisador de chapa Placa de presión con amotiguación Muelle de gas

Parte inferior del útil

Posiciones de reposo y de trabajo de un troquel dotado con cilindros de gas en su sistema de pisado.

Ejemplo de montaje de unos cilindros de gas en un troquel.

Fe n ó m e n o s p r o d u c id o s e n la s p ie z a s p o r la e m b u t ic ió n d e la c h a p a Como se ha comentado anteriormente, en el transcurso de un proceso de embutición se originan grandes desplamientos moleculares en el material ...