reembutido y estiarado de la chapa segunda parte.pdf

5/21/2018 REEMBUTIDO Y ESTIARADO DE LA CHAPA SEGUNDA PARTE.pdf

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Universidad de Los AndesFacultad de IngenieraProcesos de ManufacturaTecnologa Mecnica III

RUBEN D. AEZ R. PLASTICIDAD Y CONFORMADO DE METALES

Fundamentos generales del trabajo de los metales: Estampado de la chapa:

Proceso de embuticin.

Proceso de

reembuticin yestirado

(planchado) de la

chapa


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Proceso de embuticin. Reembutido para objetos cilndricos.

Fabricacin de embases por embutido, reembutido y estirado (planchado


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RUBEN D. AEZ R.PLASTICIDAD Y CONFORMADO DE METALES


Proceso de embuticin.

La operacin de embuticin puede clasificarse en embuticin sindisminucin apreciable del espesor de la pared, que sonsimplemente de profundizacin sin estirado, y embuticiones condisminucin apreciable del espesor de pared o embuticin porestirado o planchado. Este ltimo proceso es en esencia el mismoque el estirado de tubo con mandril cilndrico mvil. Las

tensiones predominante en el estirado es la radial de compresinproducida por la presin del punzn y la matriz. La reembuticinsin estirado es totalmente anlogo al estirado de tubo sinmandril. Las tensiones predominante son de tensin axial detraccin, originada por la accin del punzn, y una compresintangencial de embuticin del metal con la matriz.


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Fundamentos generales del trabajo de los metales: Estampado de la chapa:Proceso de embuticin. Reembutido para objetos cilndricos.

Para hacer copas altas, esbeltas, tales como las vainas de los cartuchos y tubos cerrados porun extremo, es necesario realizar varias operaciones de embutido sucesivas. La operacin dereducir una copa o una pieza embutida a un dimetro ms pequeo es lo que se llamareembuticin. Los dos mtodos bsicos de reembutir son el directo o normaly el inversoo indirecto.


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RUBEN D. AEZ R.



0

0

0

0

0

0

0

1. Re de emburido RE

1,60 2, 30

2. Reduccin del diametro

11 1 0,57

3. Re de espesor al diametro RT

0,01

tConforme decrece aumenta

D

la tendencia al arr

p

p p

o

lacin

DRE RME

D

D D Dr

D D RME

lacin

t

RT D

ugadoPLASTICIDAD Y CONFORMADO DE METALES


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RUBEN D. AEZ R.



0,27

0,27

0

0

2

1

2ln ln

1

22 ln

3

p

Mxima Y p

R

R

R RRME

R R

P t R RME

PLASTICIDAD Y CONFORMADO DE METALES

Rangos caractersticos de anisotropa normal promedio,

para diferentes lminas metlicas.

Aleacin de zinc

0,400,60

Aceros laminado en caliente

0,80

1,00

Aceros de baja aleacin y de alta

resistencia 0,901,20

Acero laminado en fro. Acero corriente 1,001,40

Acero laminado en fro para embuticin

profunda

1,401,80

Acero laminado en fro para embuticin

ultra profundo 1,802,50

Aceros inoxidables 0,901,20

Aleaciones de aluminio 0,600,80

Cobre y latn

0,600,90

Aleaciones de titanio 3,10

5,00

Donde los valores de la eficiencia

estn en el rango de (0,74 a 0,79).

R


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t o= 1,50 mm


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Debido a la vigorosidad de ciertas embuticiones, en las que el dimetro de la pieza es muypequeo en relacin con la altura de la misma, es preciso efectuar la transformacin en ms de unaoperacin, debiendo determinar con la mayor exactitud posible la relacin dimetro-profundidad (d/h),para cada una de las operaciones intermedias que deben efectuarse antes de obtener la pieza acabada.

Generalmente pueden embutirse en una sola operacin aquellas piezas pequeas cuya profundidad esigual a la mitad del dimetro (h=1/2d); tratndose de piezas grandes, solamente pueden embutirse

piezas cuya altura sea de un tercio del dimetro de las mismas (h=1/3d). Como hemos dejado indicado,para embuticiones mayores son necesarias ms operaciones. La Fig. 9-512, que se refiere a casos deembutir objetos de pequeas dimensiones de chapa de acero suave y de forma cilndrica, podraclararmejor todo cuanto se ha dicho.


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La necesidad de ejecutar el embutido profundo en dos ms pasadas ha surgido antes laimposibilidad de que el material pueda resistir la elevada tensin radial, correspondiente alborde de la matriz, que se desarrolla durante el proceso; o sea, debido al alto valor de larelacin entre el dimetro del disco a embutir y el dimetro del punzn . Cuanto ms pequeoes el dimetro del punzn respecto al disco a embutir, tanto mayor ser la presin necesaria para elembutido. Para que esta presin no provoque el desgarro de la chapa, no debe superar los lmites deresistencia permitidos por el material



La Fig. 9-513 se refiere, en cambio, al caso de embutir piezas de grandes dimensionesde forma cilndrica. De lo anterior se deduce que el nmero nde operaciones necesarias paraobtener un recipiente ser:

0 pD D( / )

,.


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Ejemplo.

Un disco de chapa de acero

extra suave debe embutirse para

obtener un recipiente cilndrico dedimetro 50 mm y profundidad 116mm y 1,50 mm de espesor. Las

dimensiones se consideran sobrela superficie neutra. Determinar:

El nmero de pasadas;Dimensiones de la pieza para

cada embutido.


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a)

Solucin:El nmero de operaciones necesarias, n. Por considerarse pequeo el objeto, se podrobtener conuna serie de pasadas determinadas por la Ec. 9-489:

0

0

160 313 21 1 60 2 30

50

501 1 0 69 0 57

160 31

p p

o

lacin

RE RE

D D Dr

D D

NOTA Lo

Nmero

Re de emburido RE

, , , ,

Reduccin del diametro

, ,.

: anterior implica que el embutido debe efectuarse en varias PASADAS

de pasa

116 12 32

50 2

2 324 64

1 2

p hn donde p k

k D

n

das

, y pieza pequea

, , pasadas

/


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b) Mtodo uno:

2

1 1 0 1 1 1

12

0 1 1

02

0 1 1 1

1

2 4

42

160 313 3 92 56

3 3

92 56 2 46 28

h d D d d h

dD d d

DD d d d mm

h mm

/ , adems se sabe que

,,

, / ,

2

2 2 0 2 2 2

2

0 2 2 2

02

0 2 2 2

2

4

4

160 315 5 71 70

5 5

71 70

h d D d d h

D d d d

DD d d d mm

h mm

, adems se sabe que

,,

,

Dimensiones en la segunda pasada.Se alcanza la profundidad cuando:

Dimensiones en la primera pasada.Se alcanza la profundidad cuando:


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2

3 3 0 3 3 3

2

0 3 3 3

02

0 3 3 3

3

34

2

34

2

160 317 7 60 607 7

60 60 3 2 90 90

h d D d d h

D d d d

DD d d d mm

h x mm

, adems se sabe que

, ,

, / ,

2

4 4 0 4 4 3

2

0 4 4 4

02

0 4 4 4

4

2 4

4 2

160 319 9 53 44

9 9

2 53 44 106 90

h d D d d h

D d d d

DD d d d mm

h x mm

, adems se sabe que

,,

, ,

Dimensiones en la tercera pasada.Se alcanza la profundidad cuando:

Dimensiones en la cuarta pasada.Se alcanza la profundidad cuando:


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1 0 1 1

1

1 1

1

2 2

0 12

0 1

0 60 0 60 160 31 96 19 96

0 44 0 44 96 42 24 42

44p p

u d D d x mm d mm y

hh x mm mm h mm

d

D dD D D h h

De la tabla 9-58, para chapa de acero para embutir se tiene,

para la primera pasada:

, , , ,

, , , . O tambin

2 2

1

4

3

160 31 96 434 96

0 80

mmd

dd d

d d d32

1 2

,

De la tabla 9-58, para chapa de acero para embutir se tiene, para las etapas siguientes:

,



Como puede observarse, el valor se obtiene con bastante aproximacin a la realidad, o sea, laltima pasada debe realizarse con las dimensiones finales de la pieza a obtener.

Mtodo dos: Usando la Tabla 9-58

2

2

0 4 50 4 50 116 25700 160 31

p pD D D h mm ,

i id d d d


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2 1 2

2 2

2 20 2

2 2

2

3 2 3

0 80 0 80 0 80 96 76 80 77

160 31 77 64 19 644 4 77

0 80 0 80 0 80 77 61 60 62

dd xd x mm d mm

d

D dy mm mmd x

dd xd x mm d mm

d

y

2

1

3

2

Segunda pasada:

, , , ,

,de la constancia de volumen h , h

Tercera pasada:

, , , ,

de la

2 22 2

0 3

3 3

3

160 31 6288 13 88

4 4 62

D dmm mm

d x

,constancia de volumen h , h

U i id d d L A d


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4

4 3 4

3

2 22 2

0 44

4

0 80 0 80 0 80 62 49 60 50

160 31 50116

4 4 50

dd xd x mm d mm

d

D dy mmd x

Cuarta pasada:

, , , ,

,de la constancia de volumen h

Tambin, puede observarse, que usando este mtodo, el valor seobtiene con bastante aproximacin a la realidad, o sea, la ltimapasada debe realizarse con las dimensiones finales de la pieza aobtener.

U i id d d L A d


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Material

Primera pasada

Pasadas siguientes

Chapa de acero de embutir

De 0,60 a 0,65

De 0,34 a 0,44

0,80

Chapa de acero de embutir profundos

De 0,55 a 0,60

De 0,44 a 0,57

De 0,75 a 0,80

Chapa para carrocera

De 0,52 a 0,58

De 0,49 a 0,67

De 0,75 a 0,80

Chapa de acero inoxidable De 0,50 a 0,55 De 0,57 a 0,75 De 0,80 a 0,86

Chapa de aluminio suave

De 0,53 a 0,60

De 0,44 a 0,65

0,80

Chapa de anticorodal recocida

De 0,60 a 0,70

De 0,25 a 0,44

0,90

Chapa avional recocida De 0,60 a 0,70 De 0,25 a 0,44 0,90

Chapa de cobre De 0,55 a 0,60 De 0,44 a 0,57 0,85

Chapa de latn

De 0,50 a 0,55

De 0,57 a 0,75

De 0,75 a 0,80

Chapa de cinc

De 0,65 a 0,70

De 0,25 a 0,34

De 0,85 a 0,90

Empleando el sujetador rgido las relaciones de embutido deben aumentarsede 5 al 10% y las

relaciones disminuyen en el mi smo porcentaje.

Dimetro de la chapa = ; Dimetro de la pieza = dn ; Profundidad de la pieza = hn

1

1

0

dm

D 1

1

hp

d

32 4

1 2 3 1

2n

n

d dd dm

d d d d para n

1 0d D( / )

n nh d( / )

0D

U i id d d L A d


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PLASTICIDAD Y CONFORMADO DE METALES


U i id d d L A d


19/68




Valores de mi(*) mi = dn/dn-1

2,001,50 1,501,00 1,000,60 0,600,30 0,300,15 0,150,08

5067 67100 100167 167334 334667 6671250

0,48 a 0,50 0,50 a 0,52 0,53 a 0,55 0,55 a 0,58 0,58 a 0,60 0,60 a 0,63

0,73 a 0,75 0,75 a 0,76 0,76 a 0,78 0,78 a 0,79 0,79 a 0,80 0,80 a 0,82

0,76 a 0,78 0,78 a 0,79 0,79 a 0,80 0,80 a 0,81 0,81 a 0,82 0,82 a 0,84

0,78 a 0,80 0,80 a 0,81 0,81 a 0,82 0,82 a 0,83 0,83 a 0,85 0,85 a 0,86

0,80 a 0,82 0,82 a 0,84 0,84 a 0,85 0,85 a 0,86 0,86 a 0,87 0,87 a 0,88

D

t

0

0

m1

m2

m3

m4

m5

(*)

Estos valores se aplica para formas cilndricas sin pestaas

Los valores menores de mise aplican para valores comprendidos de rp/to= (8 a 15) y los valores mayores de

mise aplican para valores comprendidos de rp/to= (4 a 8).

Esta tabla es apropiada para aceros dulces y laminas de latn.

A partir de los dimetros anteriores dn=m1x dn-1, se igualan a las reas para obtener las diferentes alturas hn

para las diferentes reembuticiones.

tRT x

D

0

0

100%

Mtodo tres: Usando la siguiente tabla

Uni e sidad de Los Andes


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Fundamentos generales del trabajo de los metales: Estampado de la chapa:Proceso de embuticin.

Normas para el embutido de objetos cnicos, parablicos y semiesfricos. Elnmero de operaciones, las dimensiones y las formas intermedias que debe tener un objetode forma especial, antes de tener su forma definitiva, varan segn la citada forma.

Universidad de Los Andes


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En el caso de embutido profundo que requiere reembuticin, el radio del contorno del punzn rpdisminuye gradualmente conforme avanza el proceso para minimizar la reduccin de espesor dela pared en la zona donde se da el contacto con el radio del contorno del punzn, de tal maneraque el centro del rp del proceso actual quede ligeramente en el interior con respecto al dimetroexterior del proceso posterior. Es recomendable que el rp coincida en los procesos final ypenltimo, o bien el rp del proceso penltimo quede al exterior del rp del proceso final. Estarelacin se muestra en la figura siguiente:

n nd d r

A

d d AA

d d AA

r A

r A

r A

3

3

2 3 3

2

1 2 2

1

3 3

2 2

1 1

2 4

2 4

2 4

0, 60

0, 60

0,60

0,80 30

0,80 0,60 40

1,60 45

t mm0

En caso de que el dimetro del primerEmbutido es igual o menor a 50t0

En caso de que el dimetro del primerEmbutido es igual o mayor a 50t0

n

n

d dr r

d d rr

d d rr

3

3

2 3 3

2

1 2 2

1

2

2 4

2 4



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Fundamentos generales del trabajo de los metales: Estampado de la chapa:roceso de embuticin. Determinacin de la carga para cada reembutido.

0

0 0

2

3

22 2

3

222 1 115 1 1153

po

pared Y

A o o

po

mx p o pared p p pared Y

A o o

p p po o

mx p o Y p Y p Y

A o o p o

P fR

R R t

P fRP R t donde R R t

R R t

P f D P f R RP R t D t D t R R t R D

ln

ln

ln , ln , ln

0

0

0

1 1 0 1 1

1

1

1 0

2

21 115

21 115

4

14 2

2

p

p o

mx p Y

p

p

p Y

Y

n

n n Y n n

n

P f

P f DP D t

D

P fSi D t resulta

dP d t

d

dP P d t n

d

n n mero de embutidos

, ln

es el 15% de , ln

ln

ln



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Determinacin de la carga para cada reembutido.

0

1

1

i i i i

i

i

i

i

i i

P d t n

d

dd

i

Determinacin de la fuerza de embutido

dimetro final del paso i

Esfuerzo de fluencia para el paso i

n Coeficiente segn Tabla

m



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En un taller de embuticin se dispone de los siguientes elementos:Un nico til para punzonar discos de partida de dimetro 600 mm.Chapas variadas de acero al carbono, del mismo tipo de material, de resistenciaa la traccin 560 MPa y en espesores de 1, 1,5, 2, 3, 4 y 5 mm, todas ellas dealto poder de embuticin.Punzones de embuticin cilndrica de altura regulable y de 100, 200, 300, 400

y 500 mmde dimetro.Solo se quiere hacer una nica embuticinen cada pieza, y sta debe tener lamayor profundidad posible. De las posibles geometras obtenibles con los distintostiles, determine:

El dimetro del punzn mnimo de embuticin en mm.Para el anterior dimetro mnimo, el espesor mnimo aplicable.La mxima altura de embuticin en las condiciones anteriores.La fuerza de embuticin para las condiciones anteriores, en N.El precio de la energa consumida en la embuticin para un lote de 12.000piezas, sabiendo que el precio del kWh es de 0,25 Bs/kWh, para uncoeficiente de correccin de fuerza de embuticin de 0,81y un rendimientode la prensa de 0,67.



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Para poder lograr la embuticin en una pasadase debe cumplir los siguientes lineamientosgenerales:

0

Relacin de emburido RE o Embutibilidad maxima

1.- Relacin de emburido RE

1,60 2, 30

12.- Tasa de embutido: x100% 0, 435 0, 625 43, 50 % 62, 50

3.- Reduccin del dia

p

DRE RME RE RME D

m m mRME

0

0

0 0

0 0

metro

1% 100% 1 100% 57,00% 1 ; 0, 38 0,57 38,0 % 57,0

4. Re de espesor al diametro RT

100% 1% Conforme decrece aumenta la tendencia al

p p

o

D D Dr x x r r r

D D RME

lacin

t tRT x

D D

0

arrugadoro al espesor RD

pD

RDt



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Se puede observar que no sera posible realizar la embuticin ya que en ningn casose cumple la relacin t/Do.

to(mm)1; 1,5; 2;

3; 4; 5

1; 1,5; 2;

3; 4; 5

1; 1,5; 2;

3; 4; 5

1; 1,5; 2;

3; 4; 5

1; 1,5; 2;

3; 4; 5

Do(mm) 600 600 600 600 600

Dp (mm) 500 400 300 200 100

RE=Do/Dp 1,20 1,50 2,00 3,00 6,00

r (%) 16,67 % 33,33 % 50,00 % 66,67 % 83,33 %

(to/Do)x100% 0,83 % 0,83 % 0,83 % 0,83 % 0,83 %

Embuticin en una

pasadaNinguno Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno

Tabla 1



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La Tabla 2 se apoya en la Figura 1 correspondiente a la relacin lmite deembuticin en estirado nico, muestra los valores DR mximos para embuticinde chapa de acero, con lubricacin y fuerza adecuada del sujetachapas, parachapa de acero de calidades estndar, en funcin de la relacin Dp/t (dimetrodel punzn/espesor de la chapa).

to(mm)1; 1,5; 2; 3;

4; 5

1; 1,5; 2; 3;

4; 5

1; 1,5; 2; 3;

4; 5

1; 1,5; 2; 3;

4; 5

1; 1,5; 2;

3; 4; 5

Do(mm) 600 600 600 600 600

Dp(mm) 500 400 300 200 100

RE=Do/Dp 1,20 1,50 2,00 3,00 6,00

(Dp/to) 500 a 100 400 a 80

300, 200,

150, 100, 75

y 60

200 a 40 100 a 20

Embuticin en una

pasadaTodos Todos Parcial Ninguno Ninguno

Tabla 2



29/68




En la Tabla 2 se aprecia que para dimetros de 500, 400 y 300 se puedenembutir todos los espesores, en los valores de (Dp/to)estudiados, sin superar larelacin de embuticin mxima admisible para ese material.

En el dimetro del punzn de Dp=300mm, algunos valores de (Dp/to)quedanpor debajo de la relacin lmite (RE=2,30)y otros por encima. Los primeros sonrealizables en una nica operacin y los segundos necesitan ms de una. El lmiteest en (Dp/to=150).

Por lo tanto, el dimetro mnimo de embuticin ser Dp= 300 mm.

Analticamente, pueden aplicarse las expresiones siguientes:

Para relaciones Dp/t = 25 a 700

Materiales (A) de buena embuticin:RE mximo = 2,30 0,001 (Dp/to)

Materiales (B) de capacidad normal embuticin:RE mximo = 2 0,0011 (Dp/to)



30/68




1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

0 25 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

Material A Material BDp/to

RE

A

B

Figura 1



31/68




La validez de los distintos espesores se deduce de la Figura 1.

El espesor mnimo aplicable para un dimetro de punzn de 300 mm es de2 mm, ya queespesores menores dan como resultado relaciones RE mayores que la mxima.

Espesor mnimo aplicable

to(mm) 1 1,5 2 3 4 5

Dp(mm) 300 300 300 300 300 300

Dp/to 300 200 150 100 75 60

Validez No No Si (lmite) S S S

Mxima altura de embuticinEl corte a medida se puede estimar a partir de un balance de rea de la chapa antes ydespus de la embuticin.

o p p

o p

p

D d d h

D dh mm

d

2

2 2 2 2

4 600

600 300225

4 4 300

Tabla 3



32/68




Fuerza de embuticin

0

22

3

22

3

22

60

ln

ln

ln ln

po

mx p o pared pared Y u

A o o

po

mx p o Y

A o o

p po o

mx p o UTS p o UTS p

P o o P o

P fRP R t donde

R R t

P fRP R t

R R t

P f DD DP D t D t P f

D D t D D

D

0

2 2 2 2

0

0

0 300 2 0 40 570

2 2 0 04

1 10 1 11 2 2 22 300 2 2 2 2 22 308 44

600 14

; D ; t ; , ;

dulce p 1,6 1,8

, - 1,12 , ) , , ,

p UTS

p o m o m matr iz P

matriz

p

mm mm mm f MPa

P D D p R R p D D t juego Acero MPa

juego t x mm mm D mm x mm x mm mm

P x

2 23 3 6

2

3 3 6 3

2

0 308 44 10 1 70 10 354

600 300300 10 2 10 570 10 2 354 10 0 40

300 600

744 734 44 141 600 886334 44

, ,

ln ,

. , . ,

mx

mx

Nm x m x KN

m

NP x m x m x x x x Nx x

m

P N N N



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Precio de la energa consumida en la embuticinLa energa consumida en una hora es:

m

P hEnerga

N mEnerga KWh

x x

886334,44 0,225 0,810,067

3600 1000 0,67

donde:P = fuerza de embuticin

= Coeficiente de correccin de la fuerza de embuticinh = Altura mxima de embuticin

= Rendimiento mecnico

El precio de la energa consumida en la embuticin para un lote de 12.000 piezas ser:Precio = 0,25 x 0,067 x 12000 = Bs. 200

m



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Proceso deestirado (planchado)

de la chapa



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Fundamentos generales del trabajo de los metales: Estampado de la chapa:Proceso de embuticin. Embuticin por estirado.

El estirado o planchado se realiza restringiendo el juego entre punzn y la matriz para quedisminuya el espesor de la pared por efecto de la presin radial, y consiste haciendo pasar,en operaciones sucesivas, un objeto embutido previamente a travs de una placa que tieneun orificio de dimetro ligeramente inferior al del recipiente que se desea estirar, hasta quetoma la altura y el espesor que previamente se han establecido.



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Si la copa tiene un fondo relativamente grueso con respecto a su dimetro, la primera fasede estirado es el recalcado radial del fondo. Cuando la pared del tubo comienza a embutirsese produce primero un hundimiento hacia el punzn, sin variacin del espesor, y luegodisminuye el grosor de la pared por estirado. Segn las caractersticas geomtricas de lamatriz , se puede obtener diferentes curvas de variacin de la carga a lo largo de la carreradel punzn. En la siguiente figura se puede observar la curva de variacin de la carga en elcaso de recalcado radial del fondo. La carga mxima para deformar el fondo de la copa, esta

dada por:

f f Yf

f

P D t tg f

D

t

f

Dimetro final de la copa;

Espesor final del fondo de la copa

Semingulo de la matriz

Coeficiente de friccin



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U s d d d os d sFacultad de IngenieraProcesos de ManufacturaTecnologa Mecnica III



El caso ms sencillo de estirado es una copa de fondo delgado se muestra en la figura. Elprimer paso es el hundimiento de la copa hacia el punzn y, cuando se establece el contactoentre el punzn y la superficie interna, se inicia una disminucin rpida del espesor de lapared y se eleva rpidamente la fuerza de deformacin. Esta ltima alcanza su valor mximocuando la pieza embutida comienza a salir de la matriz. La fuerza sobre el punzn,necesaria para reducir el dimetro de Doa Df de un tubo de espesor to, es:

0

0 0 0

0

0

1 Yf

f

D

P D t t fctg D

D

D

t

f

ln

Dimetro inicial de la copa;

Dimetro final de la copa;

Espesor inicial del fondo de la copa

Semingulo de la matriz

Coeficiente de friccin

Finalmente, la fuerza sobre el punzn requerida para el estirado, est expresada por:

00

21

3Y

f

AP A fctg

A ln



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Facultad de IngenieraProcesos de ManufacturaTecnologa Mecnica III



Fundamentalmente, la construccin de objetos por este procedimiento no es ms queun proceso de trefilado en fro, para el cual tiene una gran importancia el estado fsico delmaterial empleado; este debe tener las mejores condiciones plsticas y encontrarse en unestado completamente recocido. El tanto por ciento de reduccin del espesor, para cadapasada u operacin, depender, por lo tanto, de la calidad del material y de su ductilidad;en acero de embuticin, de la mejor calidad y perfectamente recocido, puede llegar aobtenerse un mximo de reduccin, en el espesor, del 35%del inicial.



39/68


As, para un estirado sin rozamiento las reducciones mximas o lmites son yse puede determinar a partir de la Ec. 9-397b y las deformaciones , para dar:



La reduccin de seccin total r12

de un tubo estirado desde la seccin AchastaA

ben una

matriz, y luego hastaAaen la segunda, se calcula por cualquiera de los mtodos normales,

es decir:

1 2 12

12 1 2 1 2 1 2 1 1 2

02 01 12

1 2 12

1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1

1 1 1

a b a

b c c

a a b

c b c

A A A r ; r ; r

A A A

A A Ar r r r r r r r r r

A A A

ln ln ln r r r

1 2 0,63r r

12r

12 1 1 2

02 01 12

02

12

1 0, 63 1 0, 63 0, 63 0,863 86, 30 %1 1

ln ln 0,994 0,994 1,9881 0,63 1 0,63

1 1ln ln 1,988

1 1 0,863

r r r r R

r

y



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Con las separaciones reales, el lmite se reduce, pero se hademostrado en un estudio experimental amplio, realizado por Sachs yEspey, que son posibles reducciones de seccin del R=75% en unapasada con dos matrices en tndem.

Fuerza y presin necesarias para el estirado.La fuerza necesarias en cada estirado dependen de la seccin

estirada en cada operacin. Se determina por la ecuacin:

2 2

2 1

1 1 2

4

2

2 3

.

se tiene:

s

Y

P d d p

Tambin

P d t t S S

Donde:

P: fuerza necesaria para el estiramiento, en N.d2: dimetro exterior del recipiente antes del estirado, en m.d1: dimetro exterior del recipiente despus del estirado, en m.ps: presin especfica que depende del material, resistencia ycantidad de estirado. Se suele adoptar:



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s R

s R

p

p

de 1,60 a 1,80 Para chapa de laton suave

de 1,80 a 2,30 Para chapa de acero suave

En estos procesos es muy conveniente tener presente la velocidad de la mquina, ypuede considerarse que un buen rendimiento en embuticiones profundas por trefilado puede

conseguirse con mquinas lentas, que proporcionen de 25 a 30 pulsaciones por minuto.

La notable presin que el punzn ejerce sobre el fondo del recipiente que, se deseaestirar, adelgazando el material a travs de una matriz que hace las veces de hilera, castigafuertemente las fibras de aqul que corresponden a la corona estirada. Es muy convenientedeterminar a priori el esfuerzo a que se encuentra solicitada la seccin estirada durante eltrefilado, para evitar anomalas posteriores durante el curso del trabajo. Una sencillaecuacin permite esta determinacin:

2 2

1 34

t R

R

P P

Ad d



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Ejemplo. Se debe estirar un recipiente cilndrico de aceromuy suave (resistencia a la rotura )previamente embutida, para reducirlo del dimetro exteriorde 26 mm. al de 25 mm. El dimetro interior del recipientees de 20 mm. y permanece inalterado. Determinar:

1.Si se puede realizar enana sola operacin,

2.Fuerza necesaria para el estirado,3.La tensin de traccin sufrida por el material en laseccin mnima del recipiente:

Solucin: El espesor de la pared es:



320R

MPa

1

26 203

2t mm

-

Segn la Fig. 9-517, se tiene que:

propuestat x t t mm mm

2 1 2

26 250,7 3 =2,10 mm 3 2,10 0,90 y t 0,50

2

De donde se desprende que puedo reducir hasta 0,90 mm el espesor en una pasada.Como la reduccin de espesor propuesta es de 0,50 mm, esto implica que la reduccin dedimetro de 26 mm a 25 mm es posible.



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Como la resistencia de la rotura del material del recipiente es , se podr

hacer el estiramiento sin desgarros, admitiendo el empleo de un material dctil y unabuena lubricacin.



2 2 2 2

2 1 2 1

2 23 3 6

1 80 2 304 4

26 10 25 10 320 10 2 25 6354

s RP d d p d d de a Para chapa de acero suave

P x m x m x x KN

. , ,

. ,

3 3

6 22 23 3

25 633 10 25 633 10145

176 71 1025 10 20 10

4

t R

R

P x N x N MPa

A x mx m x m

-

, ,

,

La fuerza de estirado se puede determinar a travs de la Ec. 9-491a, para dar:

La presin especfica de traccin del recipiente esta dada por la Ec. 9-492, es decir:

320R

MPa



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Ejemplo.

Un disco de chapa de acero extra suave de espesor 1,50

mm debe embutirse para obtener un recipiente cil ndrico dedimetro 60 mm y profundidad 100 mm. Las dimensiones seconsideran sobre la superficie neutra. Determinar:

El nmero de pasadas;Dimensiones de la pieza para cada embutido.

Fuerza de embutido en cada pasada

Universidad de Los Andesl d d i


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Tabla 1. Valores de mi(*) mi = di/di - 1

2,001,50 1,501,00 1,000,60 0,600,30 0,300,15 0,150,08

5067 67100 100167 167334 334667 6671250

0,48 a 0,50 0,50 a 0,52 0,53 a 0,55 0,55 a 0,58 0,58 a 0,60 0,60 a 0,63

0,73 a 0,75 0,75 a 0,76 0,76 a 0,78 0,78 a 0,79 0,79 a 0,80 0,80 a 0,82

0,76 a 0,78 0,78 a 0,79 0,79 a 0,80 0,80 a 0,81 0,81 a 0,82 0,82 a 0,84

0,78 a 0,80 0,80 a 0,81 0,81 a 0,82 0,82 a 0,83 0,83 a 0,85 0,85 a 0,86

0,80 a 0,82 0,82 a 0,84 0,84 a 0,85 0,85 a 0,86 0,86 a 0,87 0,87 a 0,88

tRT x

D

0

0

100%

D

t

0

0

m1

m2

m3

m4

m5

(*)

Estos valores se aplica para formas cilndricas sin pestaas

Los valores menores de mise aplican para valores comprendidos de rp/to= (8 a 15) y los valores mayores de

mise aplican para valores comprendidos de rp/to= (4 a 8).

Esta tabla es apropiada para aceros dulces y laminas de latn.

A partir de los dimetros anteriores dn=m1x dn-1, se igualan a las reas para obtener las diferentes alturas h n

para las diferentes reembuticiones.

Universidad de Los AndesF lt d d I i


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1 0

1

1 1 0 1 0

2 2 1

3 3 2

100

1

2

3

Determinacin de los dimetros de embutido

i

i i

i

i i i

d tm x m

d D

d m xd

d m xd m xD para m

d m xd para m

d m xd para m

0

i

Determinacin de la fuerza de embutido

dimetro final del paso i

Esfuerzo de fluencia para el paso i

n Coeficiente segn (Tabla 1) de acuerdo a Tabla 2

i i i i

i

i

P d t S n

d

S



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Embuticin por torneadoLa embuticin por torneadoes un proceso en elcual se da forma a una parte de simetra axialsobre un mandril u horma mediante unaherramienta redondeada o rodillo. Laherramienta o el rodillo aplican una presinmuy localizada (en casi un punto de contacto)para deformar chapa por medio demovimientos axiales o radiales sobre lasuperficie del elemento. Las formasgeomtricas tpicas que se producen porrechazado incluyen conos, hemisferios, tubos ycilindros. Hay tres tipos de operaciones de

formado por torneado (ver Fig. 1):1) Embuticin por torneado convencional,2) Embuticin por torneado cortante y3) Embuticin por torneado de tubos.



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Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniera


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Embuticin por torneado convencional. (El espesor de la chapa permanece cot.) La embuticin por torneado convencional es la operacin de conformado bsico. Como se

ilustra en la Fig. 2, un disco de lamina se sostiene en el extremo de un mandril rotatorio quetiene la forma interior deseada para la parte final, mientras la herramienta o rodillo deforma elmetal contra el mandril. En algunos casos la forma inicial puede ser diferente a la de un discoplano.

Se puede considerar comoun proceso de doblado



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RUBEN D. AEZ R.


Embutido por torneado cortante. (El espesor de la chapa disminuye)En el embutido por torneado cortante se forma la parte sobre el mandril por medio de un

proceso de deformacin cortante en el cual el dimetro exterior permanece constante y elespesor de la pared se reduce, como se muestra en la Fig. 3. Esta deformacin cortante y elconsiguiente adelgazamiento del metal distingue este proceso de la accin de doblado en elembutido convencional. Se han usado otros nombres para el embutido cortante, comotorneado de flujo, formado por corte y forjado rotatorio. El proceso se ha aplicado en la

industria aeroespacial para formar partes grandes como los conos para la nariz de los cohetes.

Se puede considerar como un procesode doblado y laminado



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Dondetf=espesor final de la pared despus de embutida; to= espesor inicial de la forma,pulg (mm); y = semi-ngulo del mandril. El adelgazamiento se cuantifica por la reduccinde rea r:



0 (1)

ft t sen

0 0

0 0 0

100 1 100 1 100

1 100 (2)

f ft t t t sen R x x x t t t

R sen x

Para una forma cnica simple, el espesorresultante de la pared rechazada puededeterminarse fcilmente a travs de larelacin de la ley de los senos:

El proceso puede ser usado para espesores de chapa superiores a 19 mm (3/4 pulg) paraacero inoxidable, y superiores a 38 mm (1 pulg) con algunos materiales no ferrosos.Aunque la mayora de las chapas dctiles pueden ser conformadas por este proceso aacepcin del titanio, que debe ser precalentado.

Existen lmites a la cantidad de adelgazamiento que puede soportar el metal en unaoperacin de embutido a esfuerzo cortante, antes de que ocurra la fractura. Esta reduccinmxima se relaciona bien con la reduccin de rea en el ensayo de tensin, ver tabla 1.



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Material

Dureza (Bhn)

Valor mnimo del

Semingulo del mandril

, en grados

R = Reduccin

mxima de la

pared en %

Acero SAE 1020

89

14,50

75

Acero SAE 4130

130

17,00

71

Acero SAE 304

133

12,50

78

Acero inoxidable 17-7

143

12,50

78

Acero inoxidable 15-7 PH

143

10,50

82

Aluminio 1100-O

20

8,50

85

Aluminio 1100-H14

35

11,50

80

Aluminio 2024-O

58

17,50

70

Aluminio 2024-T3

107

23,50

57

Hierro colado

114

90,00

0

Cobre

38

11,50

80

Cobre

81

15,50

73

Magnesio

HK-31

35,00

43

Molibdeno

236

15,00

75

Titanio A70

186

20,00

65

Titanio A110

311

21,00

63



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Geometra para el embutido por torneado cortante.Investigaciones tericas para el embutido por torneado cortante son relativamente

nuevas e intentan explicar los mecanismos involucrados. Puede ser considerado como lacombinacin de un proceso de doblado y laminacin. Primero, un disco plano es sujetosobre un mandril; el segmento Aes doblado sobre el mandril hasta la posicin B, tal ycomo se muestra en la Fig. 4a.

0f r

r

t espesor inicial ; t espesor f inal ; v velocidad de avance = r n; a = avance

r = radio del rodill o; n = RPM del rodill o; = radio de la cabeza del rodil lo

R = radio del mandri l; r = reduccin de re

a; = semiangulo del mandr i l



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La Fig. 4b muestra el rea transversal instantnea , la cual es deformadaplsticamente. Si esta rea es multiplicada por la velocidad tangencial del rodillo v, el cambiode volumen por deformacin, esta determinada por:

0A PQRSP

0V A v volumen por unidad de tiempo (3)

3 3 30

0 0 0 0

0

3

0 0

0

16 16 16

016

f

f

t ta a aA t t a xt a rt a (4) t

a, por ser el valor del avance " a" muy pequeo, por tanto se tiene:

A r .t .a (5) y

V r .t .a.v

0 r

r .t .a .r n (6)

Tambin la Fig. 4b, se muestra la rugosidad que puede resultar sobre la superficie cnicalaminada. Esta rugosidad es funcin de la velocidad de avance y del radio de curvatura delrodillo, para dar: 2

0 15 0 28a aa

R R , , m (7)



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Determinacin de la fuerza de embutido por torneado cortante.La fuerza efectiva de embutido puede ser determinada usando dinammetros. En este

proceso de conformado se generan tres componentes de fuerzas. Las tres componentesmedidas son:Fuerza normal al eje del rodillo o superficie cnica, FTFuerza longitudinal a la superficie cnica, Ff, yFuerza tangencial de deformacin en el plano central del rodillo, Fe.

V velocidad tangencial del mandril

V = 2 RN

N= RPM del mandri l



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A T f

R T f

F F sen F cos Fuerza axial (8a)

F F cos F sen Fuerza radial (8b)

Donde el rendimiento puede variar entre el 70 al 80 % y, (ver Fig. 6) puede serdeterminado por:

0 0

e

f

SA tF ln (9)

t

0 0 0 10e t

f

r .t .a t r .t .a F S ln S ( )

t

La fuerza de deformacin o tangencial Fepuede ser estimada a partir de la deformacinhomognea (ver seccin 9.22.1, pgina 246), para dar:

S

t

S fluencia en def. plana promedio, MPa

eficiencia por deformacin,

(varia entre 70 y 80 %)

= Deformacin tangencial



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00

0

2 1

3

2 1

3

f

f

f

S d (11a)

S Area bajo la curva (11b)

0 02

e e

f

r .t .a. .R.N t P F V S ln 12

t

Adems, la fuerza de avance Fftambin consume trabajo, por tanto debe ser tomado

en cuenta para la determinacin de la potencia total. De acuerdo a esto ltimo, se tiene quela potencia total esta dada por:

13Total e f e f

P P P F V F aN



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La velocidad V, en las Ecs. 12 y 13 no son constantes. Esta se incrementa continuamente conel radio del mandril, es decir . El radio del mandril Rse incrementa con .Por tanto, la energa requerida alcanza su valor mximo al final del cono.

2V RN aNsen

La fuerza de deformacin o tangencialFe, tambin puede ser estimada apartir de la figura siguiente, a partirdel trabajo por corte W hecho por Feypor unidad de revolucin, de estamanera se tiene:



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0

0

2

2 2

12 123 3

1

3

e

e f

Y Y f

e Y

W F R volumen por corte / rev x Area de cor te R / rev x

W F R t a R x K

dxDonde : S K K ; ctg y t t sen

dy tg

Sustituyendo resul ta que la fuerza tangencial esta dada por :

F t

0

0

2

3e Y

a cos

Y la potencia F V . .R.N .t .a.cos

Potencia S. R.N .t .a.cos

La fuerza de deformacin o tangencial Fe, tambin puede ser estimada a partir de la figurasiguiente, a partir del trabajo por corte W hecho por Fey porunidad de revolucin, de estamanera se tiene:



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acu tad de ge e aProcesos de ManufacturaTecnologa Mecnica III



Rechazado de tubos externoRechazado de tubos

perfilados

Embuticin por torneado de tubos.

La embuticin por torneado de tubosse usa para reducir el espesor de las paredes yaumentar la longitud de un tubo mediante la aplicacin de un rodillo al trabajo sobre unmandril cilndrico, como se muestra en la Fig. 7. La embuticin por torneado de tubos essimilar a la embuticin con deformacin cortante salvo que la pieza inicial es un tubo, enlugar de una forma plana. La operacin se puede realizar aplicando el rodillo externamentecontra la pieza de trabajo (usando un mandril cilndrico en el interior del tubo) ointernamente (usando un dado alrededor del tubo). Tambin es posible formar perfiles enlas paredes del cilindro, como se muestra en la Fig. 7(c), controlando el recorrido del rodilloal moverse tangencialmente a lo largo de la pared.

La reduccin de seccin R,por embuticin para la operacin de embuticin de tubos,

la cual produce una pared de espesor uniforme, se puede determinar como en laembuticin cortante por la Ec. 2, pero sin inclinacin.



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gProcesos de ManufacturaTecnologa Mecnica III



Rechazado de tubosexterno

Rechazado de tubos interno

Rechazado de tubosperfilados



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Problema. Una chapa de aluminio 2024-T3 de 3 mm de espesor, es torneada sobre unmandril para obtener la pieza de la figura. El torneado se realiza a una velocidad de avancedel rodillo de 0,90 mm/rev. La ley de endurecimiento por deformacin del aluminio se rigepor la siguiente ecuacin .Las dos componentes de las fuerzas medidas conun dinammetro son: Fuerza de avance, Ff = 300N, fuerza normal, FT = 1840N. Si elmandril rota a 80 RPM,determinar:1.Dimetro inicial de la chapa de aluminio, en m;

2.Si es posible la realizacin del proceso sin que tenga defectos la pieza;3.El valor del espesor final de la pared, tf, en m.4.La fuerza de deformacin o tangencial Fe, en N;5.Fuerza radial y axial en N;6.La mxima potencia para llevar a cabo la embuticin con torneado cortante, en hp.

0 25250 , MPa

1 22 2 60 150 210

256 32 0 256

22

0 1

2

0

Solucin

Parte 1:De la Tabla 9-57 se tiene:

D = d e d d = 150 x

D = 65700mm , mm , m



66/68




0 0

0 0

0 0 0

0 25

1 1 1

2 3

3 1

2

250 0 90 3 00

e

f

f f

m

Total e f e f

,

0

r .t .a t F S ln

t

t t t t sen r r sen

t t t

BS

m

P F V F aN F RN F aN

mmMater ial : Aluminio 2024-T3 MPa; a , ; t , mm

rev

Fuerza

1840 80 50 60f T

de avance, F = 300 N, fuerza normal , F N ; N RPM ; - %



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Parte 2:De la tabla se puede observar que el proceso si es posiblellevarlo a cabo ya que:

50 57R % % para el aluminio 2024-T3

0 0

0

0

0 25

0 25

30 0 6

2

1 1 10 693

30 0 50

0 6932 3250 250 210 72

3 1 0 25

0 50 3 10 0 90 10210 72 10

t

f

,

,

e

f

Parte 4:

t tln ln ln ln ln ,

t t sen sen sen ,

,S MPa , MPa

,

r .t .a t N , x x mx , x F S ln , x

t m

3

0 693 3300 60

m / rev x , N

,

0 3 30 1 50 0 0015

f

Parte 3Por tanto t t sen xsen , mm , m



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Procesos de ManufacturaTecnologa Mecnica III


3 3

2

1 1330 2 105 10 80 300 0 90 10 80

60 60

290 0 36 290 36 290 36 290 36

290 36

Total e f e f

Total

Total

Total

Parte 5:

P F V F aN F RN F aN

rev min rev minP Nx x x mx x Nx , x mx x

min seg min seg

N m N m N m J P , , , , Watt seg seg seg seg

hpP , Watt x

74

20 40

5

A T f

R T f

A

R

, hp hp 6Watt

Parte 6:

F F sen F cos 1840sen 30 + 300cos 30

F F cos F sen 1840cos 30 - 300sen 30

F 929 + 260 = 1189N F uerza axial

F 1593 - 150 = 1443N Fuerza radial

reembutido y estiarado de la chapa segunda parte.pdf

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