UNIVERSIDAD TCNICA DEL NORTENOMBRE: Hamilthon Flores Crdenas.CURSO: CIME 5 A.FECHA: 22 de abril del 2015.TEMA: Doblado y Embutido de metales.

DOBLADO DE METALESMuchos componentes se conforman posteriormente por medio del doblado en uno o varios lugares.

El doblado es una de las operaciones industriales de formado ms comunes. Las caractersticas de este proceso son la tensin de las fibras externAs y la compresinde las internas por lo que al aumentar el momento de inercia de una pieza se le proporciona rigidez.Es decir se define como la deformacin del metal alrededor de un eje recto. Durante la operacin de doblado, el metal dentro del plano neutral se comprime, mientras que el metal por fuera del plano neutral se estira. El metal se deforma plsticamente, as que el doblez toma una forma permanente al remover los esfuerzos que lo causaron

Basta con echar un vistazo a la carrocera de un automvil, un electrodomstico, un broche para papel o un archivero para apreciar a cuntas partes se les dio forma mediante el doblado.Ms an. Por ejemplo, ntese cmo los corrugados, los rebordes, los canales y las costuras mejoran la rigidez de las estructubras sin agregar peso. Asimismo, obsrvese la rigidez diametral de una lata metlica con acanalado circunferencial y sin l (ver tambin acanalado).

Debido al efecto de Poisson, la anchura de la parte (longitud de doblado, L) se ha vuelto ms pequea en la regin exterior y ms grande en la regin interior que la anchura original

La holgura o tolerancia de doblado (Lb) es la longitud del eje neutro en el doblez y se utiliza para determinar la longitud de la lmina en bruto de una pieza que se va a doblar. Sin embargo, la posicin del eje neutro depende del radio y el ngulo de doblado (como se describe en los textos de mecnica de materiales).Cuando se dobla con radios relativamente grandes, la lnea neutra est en el centro; cuando sea dobla con radios pequeos, se desplaza hacia el lado sometido a compresin, el eje de la pieza se alarga, y se preserva la constancia del volumen a travs del adelgazamiento de la lmina. El incremento de longitud del eje de la pieza, usualmente se toma en cuenta para dobleces con Rb < 2h, en cuyo caso se supone que la lnea neutra se localiza a un tercio del espesor de la lmina. Cuando la lmina es relativamente angosta (w/h < 8), tambin existe una contraccin en el anch.

Una frmula aproximada para la holgura de doblado es la siguiente: donde es el ngulo de doblez (en radianes), T el espesor de la hoja, R el radio de doblez y k una constante. En la prctica, los valores de k comnmente varan de 0.33 (para R 2T). Obsrvese que para el caso ideal, el eje neutro se encuentra en el centro del espesor de la hoja, k=0.5, y, de ah,

Lmites del dobladoEn correspondencia el radio mnimo de doblado, se puede definir de acuerdo con varios criterios.1. La cscara de naranja puede ser estticamente indeseable, pero no es un defecto puesto que se puede evitar eligiendo un material de grano ms fino.2. La estriccin localizada causa un debilitamiento estructural de la parte doblada. La estriccin ocurre cuando la elongacin en la fibra externa, et excede la deformacin uniforme del material eu en la prueba de tensin uniaxial.3. L a fractura representa un lmite absoluto. Esto est directamente relacionado con la reduccin en el rea q.4. La exfoliacin y agrietamiento en la superficie interior pueden ocurrir al doblar en radios muy agudos.

Radio mnimo de doblado. El radio al que aparece una grieta por primera vez en las fibras exteriores de una hoja se conoce como radio mnimo de doblado. Se puede demostrar que la deformacin ingenieril en las fibras exteriores e interiores de una hoja durante el doblado est dada por la expresin:

Entonces, al disminuir R/T, la deformacin por tensin de las fibras exteriores aumenta y el material termina por desarrollar grietas.

Por lo general, el radio de doblado se expresa (de manera recproca) en trminos del espesor como 2T, 3T, 4T y as sucesivamente.Existe una relacin inversa entre la capacidad de doblado y la reduccin de tensin del rea del material. El radio mnimo de doblado (R) es aproximadamente:

donde r es la reduccin de tensin del rea de la hoja metlica. Para aumentar la capacidad de doblado de los metales, podemos profundizar la reduccin de tensin del rea del metal calentndolo o doblndolo en un ambiente de alta presin. La capacidad de doblado tambin depende de las condiciones de la orilla de la hoja, pues como las orillas rugosas son puntos de concentracin de esfuerzos, la capacidad de doblado disminuye al aumentar la rugosidad de la orilla.La anisotropa de la hoja es otro factor importante en la capacidad de doblado. El laminado en fro produce anisotropa por orientacin preferencial o por fibracin mecnica debido a la alineacin de cualquiera de las impurezas, al doblar, debe tenerse cuidado de cortarlas en la direccin apropiada de una hoja laminada.

Recuperacin elstica o restitucin. Todos los materiales tienen un mdulo finito de elasticidad, por lo que la deformacin plstica siempre va seguida de alguna restitucin elstica cuando se retira la carga. Cuando la presin de doblado se retira al terminar la operacin de deformacin, la energa elstica permanece en la pieza doblada haciendo que sta recobre parcialmente su forma original. Esta recuperacin se conoce como recuperacin elstica y se define como el incremento del ngulo comprendido por la pieza doblada en relacin con el ngulo comprendido por la herramienta formadora despus de que sta se retira por lo que el ngulo final de doblado despus de la restitucin es menor que el ngulo al cual se dobl la parte, y el radio final de doblado es mayor que antes de que ocurriera el rebote.

En el doblado, a esta restitucin se le llama rebote, que puede observarse con facilidad si se dobla una pieza de hoja metlica o de alambre y se suelta despus. :La restitucin no slo se presenta en las hojas y placas planas, sino tambin en barras slidas o huecas y en tubos de cualquier seccin transversal.La restitucin o recuperacin se puede calcular en trminos de los radios Ri y Rf

Mtodos para reducir o eliminar la recuperacin elstica en las operaciones de doblado.La recuperacin elstica establece un nuevo equilibrio de fuerzas, con una distribucin de esfuerzos residuales, tipificada por un esfuerzo de compresin en la superficie exterior y por uno de tensin en la interior, Se usan varias tcnicas para contrarrestar la recuperacin elstica, a. Si la recuperacin elstica para un material dado se conoce y si ste es de calidad y espesor uniforme, es factible compensar la recuperacin elstica por medio de un sobredoblado. sta es la forma ms bsica de doblar, en la que no se impone ninguna presin de compresin en direccin del grosor de la lmina (doblado al aire).

b. La zona elstica se puede eliminar al final de la carrera por uno de dos medios. Primero, los dos extremos de la lmina se pueden sujetar antes de que el punzn toque fondo, as que el final de la carrera involucra el estirado de la lmina, causando cedencia por tensin en todo el espesor de la misma. En el segundo mtodo,la nariz del punzn est conformada para penetrar en la lmina, de manera que la compresin plstica ocurra en todo el espesor de la misma

c. Si se usa un contrapunzn con una presin controlada, se mantienen esfuerzos de compresin en la zona doblada durante todo el proceso. Con esto tambin tiene el efecto de imponer una presin hidrosttica sobre la zona doblada, es posible un doblado ms all de los lmites dados.

d. Puede requerirse doblar los materiales menos dctiles a temperatura elevada, ya que la resistencia a la cedencia es menor y con ello la recuperacin elstica tambin lo es.

Fuerza de dobladoSe puede estimar la fuerza de doblado para hojas (lminas) y placas suponiendo que el proceso es el doblado simple de una viga rectangular, como se describe en los textos de mecnica de slidos. Entonces, la fuerza de doblado es una funcin de la resistencia del material, la longitud (L) de doblado, el espesor (T) de la hoja y la abertura de la matriz o dado (W). Excluyendo la friccin, la fuerza mxima de doblado (P) es:

donde el factor k vara de alrededor de 0.3 para una matriz deslizante a 0.7 para una matriz en U y a 1.3 para una matriz en V, y Y es el esfuerzo de fluencia del material.Para una matriz en V, con frecuencia se modifica de la siguiente manera:

donde UTS es la resistencia mxima del material. Esta ecuacin se aplica bien a situaciones en las que el radio de la punta del punzn y el espesor de la hoja son relativamente pequeos comparados con la abertura de la matriz (W).

Operaciones diversas de doblado y otras relacionadas Formado en prensas plegadoras, de cortina o excntricas. Las hojas o placas metlicas se pueden doblar fcilmente con simples soportes mediante una prensa plegadora.Las hojas o cintas angostas de hasta 7 m (20 pies), o incluso ms largas, por lo general se doblan en una prensa . Los materiales para matrices que se trabajan en prensas plegadoras pueden variar desde madera dura (para materiales de baja resistencia y pequeos lotes de produccin) hasta carburos para hojas de materiales fuertes y abrasivos, y tambin se eligen a fin de mejorar la vida de la matriz. Sin embargo, para la mayora de las aplicaciones, suelen utilizarse matrices de acero al carbono o de hierro gris.

Doblado en mquinas de cuatro correderas. Este proceso es til para fabricar tubera y conductos con costura, bujes, sujetadores y diversos componentes de maquinaria El doblado de piezas relativamente cortas se puede efectuar en una mquina como la mostrada en la figura b, en la cual los movimientos laterales de las matrices se controlan y sincronizan con el movimiento vertical a fin de dar la forma deseada a la parte.

Doblado con rodillo. En este proceso (fig.c), las placas se doblan mediante un juego de rodillos. Se pueden obtener diversas curvaturas al ajustar la distancia entre los tres rodillos. El proceso es flexible y se utiliza ampliamente con el propsito de doblar placas para aplicaciones como calderas, recipientes cilndricos a presin y diversos miembros estructurales curvos. En la figura d se muestra el doblado de una cinta con un rodillo deformador hecho de poliuretano, que se adapta al cambio de forma conforme el rodillo duro superior presiona sobre la cinta.

Acanalado. En el acanalado, la periferia de la hoja metlica se dobla dentro de la cavidad de una matriz). El canal proporciona rigidez a la parte al aumentar el de inercia de esa seccin. Igualmente, los canales mejoran la apariencia de la parte y eliminan las orillas afiladas expuestas, que pueden ser peligrosas.

Rebordeado. Este es un proceso de doblado de las orillas de las hojas metlicas, por lo comn a 90. En el rebordeado por contraccin (fig a), el borde se somete a esfuerzos circunferenciales de compresin, los cuales, si son excesivos, pueden hacer que la periferia del reborde se arrugue. La tendencia a la formacin de pliegues aumenta al disminuir el radio de curvatura del reborde. En el rebordeado por estiramiento, la periferia del reborde se somete a esfuerzos de tensin que, si son excesivos, pueden ocasionar agrietamiento a lo largo de la periferia.

Formado por rodillos. Este proceso, al que tambin se llama formado por rodillos de contorno o formado por laminado en fro, se utiliza para formar hojas metlicas de longitud continua y grandes lotes de produccin. Conforme pasa a travs de un conjunto de rodillos, la cinta metlica se dobla en etapas consecutivas. Despus la cinta formada se cizalla en longitudes especficas y se apila de manera continua.Los productos que suelen formarse por rodillos son los tableros, marcos para puertas y pinturas, canales, canalones, laterales, y tubos y tubera con costuras de cierre

Plegado y costura. En el proceso de plegado (tambin llamado doblez de bordes o aplanamiento), la orilla de la hoja se dobla sobre s misma (fig. c). El plegado aumenta la rigidez de la parte, mejora su apariencia y elimina las orillas afiladas. La costura comprende la unin de dos orillas de hojas metlicas mediante el plegado.Las costuras dobles se efectan mediante un proceso similar utilizando rodillos con formas especiales para uniones hermticas al agua y al aire, como se necesitan en los contenedores de alimentos y bebidas.

Abombado. Este proceso implica la colocacin de una parte tubular, cnica o curvilnea dentro de una matriz hembra dividida, expandindola despus, por lo comn con un inserto de poliuretano (fig. 16.28a). Luego se retrae el punzn, se regresa el inserto a su forma original (por medio de recuperacin elstica total) y se retira la parte formada abriendo la matriz dividida. Productos tpicos fabricados de esta manera son las jarras para caf y agua, barriles de cerveza y canales en los tambores de aceite.

Dados o matrices segmentadas. Estas matrices consisten en segmentos individuales que se colocan dentro de la parte a formar y se expanden de manera mecnica, por lo general en la direccin radial. Despus se retraen para retirar la parte formada. Las matrices segmentadas son relativamente econmicas y se pueden utilizar para grandes lotes de produccin.

Conformado por estiramiento. En el conformado por estiramiento, la hoja metlica se sujeta por sus extremos y despus se estira sobre una matriz macho (bloque o punzn formador).sta se mueve hacia arriba, hacia abajo o lateralmente, lo que depende del diseo particular de la mquina. El conformado por estiramiento se utiliza en La fabricacin de tableros para cubiertas de alas de aviones, fuselajes y cascos para embarcaciones.

EmbutidoLa diferencia entre el estirado y el embutido profundo es sustancial: en el primero, la pieza se sujeta y el aumento de rea se obtiene a costa del espesor de la lmina; en el segundo, se permite, e incluso se fomenta, que el blanco se introduzca a la matriz, de manera tal que el espesor no cambie nominalmente.El embutido es una operacin de formado de lminas metlicas que se usa para hacer piezas de forma acopada, de caja y otras formas huecas ms complejas. Se realiza colocando una lmina de metal sobre la cavidad de un troquel y empujando el metal hacia la cavidad de ste con un punzn. La forma debe aplanarse contra el troquel 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 piezas para carrocera de automviles.

Muchas partes fabricadas con hojas metlicas son cilndricas o tienen forma de caja, como recipientes y sartenes, todo tipo de contenedores para alimentos y bebidas fregaderos de acero inoxidable para cocinas, recipientes y tanques de combustible

En la prctica, son posibles dos mtodos de operacin:

Embutido libre ste es el caso para los embutidos poco profundos, cuando la razn de embutido do /Dp < 1.2. Los blancos gruesos en relacin con su dimetro permiten razones de embutido mayores el arrugamiento de la lmina tambin depende del perfil de la matriz, el cual determina la magnitud de la compresin circunferencial. La matriz ms favorable es la matriz tractriz.

Embutido con pisador Cuando la pieza es relativamente delgada y la razn de embutido se encuentra ms all de los lmites indicados, se debe restringir el desplazamiento de la brida, mediante un pisador.

Debido a las mltiples variables involucradas, es difcil calcular directamente la fuerza de punzonado (F). Sin embargo, como se ha demostrado, la fuerza mxima de punzonado (Fmx) se puede estimar mediante la frmula

Capacidad de embutido profundoEn una operacin de embutido profundo, la falla suele ocurrir debido al adelgazamientode la pared de la copa bajo los altos esfuerzos longitudinales de tensin. Si seguimos el movimiento del material conforme ste fluye dentro de la cavidad de la matriz, se puede ver que la hoja metlica (a) debe ser capaz de soportar una reduccin de la anchura por la reduccin del dimetro, y (b) tambin debe resistir el adelgazamiento por los esfuerzos longitudinales de tensin en la pared de la copa. En general, la capacidad de embutido profundo se expresa mediante la relacin lmite de embutido (LDR), por sus siglas en ingls

Prcticas de embutido profundo

Planchado. Por ejemplo, las latas de aluminio para bebidas suelen pasar por entre dos y tres operaciones de planchado en una carrera, en la que la copa embutida se oprime a travs de un juego de anillos planchadores. si la holgura entre el punzn y la matriz es suficientemente grande, la copa embutida tendr paredes ms gruesas en la orilla que la base En consecuencia, la copa desarrollar un espesor no uniforme de pared. El espesor de la pared de la copa se puede controlar mediante un proceso llamado planchado, en el que una copa embutida se empuja a travs de uno o ms anillos planchadores

Reembutido. Los contenedores o recipientes cuyo embutido es difcil de realizar en una sola operacin, generalmente pasan por un reembutido. Debido a la constancia volumtrica del metal, la copa o depresin se vuelve ms larga conforme se reembute a dimetros menores. En el reembutido inverso, la copa se coloca bocabajo sobre la matriz y despus se somete a embutido en la direccin opuesta a su configuracin original.Embutido sin placa de sujecin. El embutido profundo se puede efectuar de manera satisfactoria sin una placa de sujecin, en la inteligencia de que la hoja metlica es lo suficientemente gruesa para evitar pliegues.

Repujado o realzado. sta es una operacin que consiste en embutidos poco profundoso moderados, realizados con matrices coincidentes, macho y hembra, poco profundas. El repujado se utiliza sobre todo para rigidizar piezas de hojas metlicas planas y con propsitos de decoracin, numeracin y leyendas, como en las tapas de aluminio de las latas para bebidas.

Herramental y equipo para embutido. Los materiales ms comunes para las herramientas y matrices empleados para el embutido profundo son los aceros herramienta y los hierros fundidos e incluyen matrices producidas de hierro dctil hechos por el proceso de espuma perdida. Otros materiales tales como los carburos y los plsticos tambin pueden ser usados por dicho proceso. Por lo comn, el equipo para el embutido profundo es una prensa hidrulica de doble accin o una prensa mecnica; se favorece generalmente a esta ltima por su mayor velocidad de operacin. En la primera, el punzn y la placa de sujecin se controlan de manera independiente. Las velocidades del punzn suelen variar entre 0.1 y 0.3 m/s (20 y 60 pies/min).