En 3 oraciones o menos: El documento describe diferentes procesos de conformado de chapa metálica como corte, doblado, embutido y estirado. Explica conceptos clave como el radio mínimo de doblado, la recuperación elástica y las fuerzas involucradas en el proceso de embutido. También analiza parámetros importantes para cada proceso y sus ventajas e inconvenientes.

1. JCCHIWC 270
Prof.: Juan C. Chávez
Procesos de Manufactura I - IWC 270
CMAT- UTFSM
Procesos de Conformado de
Chapa Metálica

2. JCCHIWC 270
Procesos de Manufactura
Assembly
Ingot
casting
Molten
Material
Powders
Casting
Shapes
Rolling
Forging/
Press forming
Estampado
Pressing
Conformado
De Chapa
Continuous
Casting/Rolling
Injection
Molding
Machining
Finishing
RawMaterial
Special
Extruding
Single crystal
pulling
Firing/
Sintering
SLS
Increasing level of detail
Blow
molding
Esta Presentación

3. JCCHIWC 270
Corte/Punzonado
de Chapa
(a) Ilustración del corte de
chapa con un punzón y matriz,
indicando algunas de las
variables del proceso.
(b) Aspecto característico de
la chapa punzonada y
(c) trozo eliminado.
Nota: la escala de las figuras es diferente.

4. JCCHIWC 270
Ajuste Matriz-Punzón
(a) Efecto del ajuste, c, entre el punzón y la matriz en la zona de
deformación por corte. Según se aumenta el ajuste, el material
tiende a entrar a la matriz más que a ser cortado. En la práctica, el
rango de ajustes va de 2% a 10% del espesor de la chapa.
(b) Perfiles de microdureza (HV) para la zona de corte de una chapa con
6.4mm (0.25-in) de espesor, de acero AISI 1020 laminado en caliente
Fuente: H. P. Weaver and K. J. Weinmann.

5. JCCHIWC 270
Conformado por Doblado
• El mas común de los procesos de
conformado
• Tamaños desde milímetros (e.g. disc
drives) a decenas de metros (buques)
• Formas desde doblado simple (ángulos
rectos) hasta doblado de tubos en
variedad de secciones rectas
• Varios procesos para hacer el doblado

6. JCCHIWC 270
Conformado por Doblado
• Ventajas
– Fácil de hacer
– Herramientas simples y de bajo costo
– Con buena precisión
• Desventajas
– Limitado en las formas que se pueden
alcanzar
– Recuperación elástica -Spring back- difícil
de estimar
– Algunos materiales son difíciles de doblar
sin que aparezcan problemas

7. JCCHIWC 270
Conformado por Doblado
Terminología
El radio de doblado (bend radius) se mide en la superficie interna de la pieza doblada.

8. JCCHIWC 270
Fórmula para el doblado
• Límite del Doblado
L = αααα (R + kT)
donde
• αααα es el < de doblado en rad
• L es el límite de doblado
• R es el radio de doblado
• T es el espesor
• k es una cte. (va de 0.33 { R<2T} hasta 0.5 {R>2T})
• Eje Neutro
– Se ubica donde la deformación ingenieril es cero
– Si está en el centro de la lámina, k = 1/2 y
entonces
– Límite de doblado = αααα(R + T/2)
• Deformación Ingenieril
– εεεε = ((2R/T) + 1)-1

9. JCCHIWC 270
Radio Mínimo de Doblado
• Al doblar un material, la deformación en
tracción de la zona externa aumenta hasta que
se agrieta.
• Las condiciones de doblado para alcanzar esta
falla se asocian al radio de doblado con el cual
aparecen grietas o roturas.
• El Radio Mínimo de Doblado(RMD) es aquel con
el el cual aparece la grieta.
• Esta condición de falla se describe en términos
del espesor del material de la chapa
• I.E> el RMD es 1T, 2T, 5T, 10T etc.

10. JCCHIWC 270
Ductilidad y RMD
Existe una relación entre
el RMD y la ductilidad,
expresada como el % de
reducción de área en
tracción , r
– RMD = T(50 / r - 1 )
– Para r = 50%, RMD = 0
– A más baja ductilidad
(menor reducción de
área) el RMD es mayor

11. JCCHIWC 270
RMD para Materiales
Material Condición
Soft Hard
Aleaciones de Al 0 6T
Cobre Berilio 0 4T
Bronces-bajo Pb 0 2T
Magnesio 0 13T
Aceros Inoxs 0.5T 6T
Aceros bajo C ,etc. 0.5T 6T
Titanio 0.6T 3T
Titanio- aleaciones 2.6T 4T

12. JCCHIWC 270
Fuerza máxima de doblado
F = k Y L T2 / W , excluyendo fricción
– donde
• F es la fuerza de doblado
• Y es el esfuerzo de fluencia del Material
• L es el largo en la dirección de doblado
• T es el espesor del material
• W es el ancho del dado o matriz de doblado
• k es una constante que depende de la forma de
la matriz de doblado
También depende de la posición del
punzón durante su aplicación
Pag. 511 apuntes.

13. JCCHIWC 270
Capacidad de Doblado
• También depende de
– Condición de los bordes de la lámina
• Menor capacidad con bordes irregulares
– Cantidad y forma de las inclusiones
• Inclusiones con forma tipo Stringers más
problemáticas que las de forma globular
– Cantidad de trabajo en frío en los bordes
por corte previo
– Anisotropía
– Modulo Elástico – fenómeno de
recuperación o “springback”

14. JCCHIWC 270
Influencia de las inclusiones en
grietas de doblado
(c)
(a) (b)
(a) y (b) Efecto de las inclusiones alargadas
(stringers) en la aparición de grietas, en
función a la dirección de doblado con respecto
a la dirección de laminado inicial de la chapa.
(c) Grietas en la superficie externa de una lámina
de aluminio doblada en 90º. Nótese el
adelgazamiento de la superficie superior por
Poisson.

15. JCCHIWC 270
Recuperación Elástica (Springback)
• Causado por el comportamiento elástico del
material de la pieza.
Ri / Rf = 4(Ri Y / E T)3 - 3(Ri Y / E T) + 1
– donde
• Ri es el radio de doblado requerido.
• Rf es el radio de doblado real.
• Y es el esfuerzo de fluencia
• E es el módulo elástico
• T es el espesor del material

16. JCCHIWC 270
Recuperación Elástica- Springback
• Puede compensarse con
– Doblado en exceso (a) and (b)
– Aplicando esfuerzos de compresión a la zona
doblada (c) y (d)
– Doblado/formado con estirado
– Aumentando la temperatura (chapa recocida)
Figure 16.20

17. JCCHIWC 270
Procesos de Doblado
Operaciones comunes
de doblado en matriz,
donde se muestra la
abertura de la matriz,
W, que se usa para el
cálculo de las fuerzas
de doblado

18. JCCHIWC 270
Doblado con Prensas
De (a) hasta (e) varias operaciones de doblado de chapa posibles de
ejecutar con una prensa
(f) Prensa para doblado de Chapa

19. JCCHIWC 270
Otros procesos de Doblado

20. JCCHIWC 270
Procesos de Doblado
• Doblado con rodillos
– Consiste en laminar una hoja métálica con
rodillos especiales que doblan el material
respecto la eje de los rodillos (e.g. canal
en U, cilindrado de láminas )
– Para formas largas y angostas.
– El Material se dobla incrementalmente
– Pasos múltiples con rodillos de distintas
formas (o ajustables) permiten conseguir
la forma final buscada.
– Las formas típicas pueden ser redondas
(tubos) como cuadradas o rectangulares,
(canaletas, marcos).

21. JCCHIWC 270
Formado con rodillos

22. JCCHIWC 270
• Rodonado- Beading
– Borde termina en un tubo
– Elimina bordes agudos
– Refuerza el borde
– Se puede hacer por formado
con rodillos o empujando la
chapa en una matriz ad hoc.
• Flanging
– Shrink
– Stretch
• Dimpling
– Usado para hacer flanches
a partir de chapa
Figure 16.24
Otros Procesos de Doblado

23. JCCHIWC 270
Otros Procesos de Doblado
• Perforado-Piercing
– Crea hoyos
– Proceso de partida para flanches
• Flaring
• Plegado- Hemming
– Forma un pliegue de
material en el borde de corte
– Da más resistencia al borde
– Elimina bordes cortantes
• Emballetado - Seaming
– Como el plegado pero el pliegue se hace
con 2 chapas, entrelazandolas para hacer
una unión
Figure 16.23

24. JCCHIWC 270
Doblado y Conformado de Tubos
• Doblado
– Para Doblar tubos,
• Se debe primero rellenar la sección con
– Arena
– Mandriles segmentados
• O usar doblado con estirado, o con embutido
– El material ( o proceso) en el interior del
tubo, impide que colapse el radio interior
del tubo.
• Bulging
– Se usa para darle forma a tubos
– Aplicado en T's de cañeriás de cobre, y en
coplas para soldadura.

25. JCCHIWC 270
Doblado y Conformado de Tubos
Métodos para doblar tubos. Se usan mandriles internos o se rellenan los tubos con
material particulado como la arena, para prevenir/impedir que el tubo colapse cuando se
dobla. Con estas técnicas tambien se pueden doblar barras sólidas y formas estructurales

26. JCCHIWC 270
(a) Bulging (expansión) de una parte tubular con un inserto/punzón (b) Producción de
fittings para plomería por expansión de un trozo tubular de cañería aplicando presión
interna. La parte inferior es punzonada para obtener una "T."
Doblado y Conformado de Tubos

27. JCCHIWC 270
Formado por estirado de chapa
Conformado por estirado de chapa (stretching) que se aplica en la fabricación de fuselaje
de Aluminio para aviones

28. JCCHIWC 270
Procesos de Conformado de
Chapa Metálica
• Doblado
• Embutido

29. JCCHIWC 270
Embutido
• Como el corte de chapa pero con
separación > espesor del material
• El Proceso
– Ponga un trozo redondo de chapa sobre la
matriz
– Sujete la chapa a la matriz
– Haga que el punzón penetre en la matriz
• El metal se deforma llenando la matriz de
embutido

30. JCCHIWC 270
Embutido
(a) Esquema del proceso de embutido de una pieza de metal circular, una copa. El
anillo (Stripper ring) facilita el retiro de la copa del punzón. (b) Variables de Proceso
en embutido. Exceptuando la fuerza F en el punzón, todos los parámetros que se
indican en la figura son variables independientes.

31. JCCHIWC 270
Embutido
• Ventajas
– Altas tasas de producción (e.g. latas)
– Pueden hacerse partes imposible de
obtener por otros procesos.
• Contenedores de todas formas y tamaños
• Desventajas
– Limitado en formas
– La calidad del material es crítica para
obtener las partes
– Matrices de embutido son cara$

32. JCCHIWC 270
• Fuerza aplicada en el sujetador de chapa
– Muy alta - Se rompe la pieza
– Muy baja - - la copa sale ondulada
– La fuerza aplicada es 0.7 a 1 % del total de la
resistencia de fluencia y UTS de la pieza
• Radio/diámetro del punzón
• Diámetro de la chapa a embutir
• Espesor de la chapa
Embutido
Parámetros y Práctica

33. JCCHIWC 270
Embutido
Parámetros y Práctica
• Ajuste entre el puzón y la matriz
– Ajuste entre 1.07 a 1.14 del espesor
– Muy Baja= Chapa perforada y no embutida
• Fricción/lubricación
• Radio de entrada en la matriz
• Radio en el puzón
– Muy bajo – grietas en esquinas
– Muy alto - ondulaciones
• Fuerza en el Punzón

34. JCCHIWC 270
• Los estados de esfuerzos son complejos,
fuerzas no son fáciles de calcular.
– En el sujetador de la chapa
• Compresivas a través del espesor
• En tracción en el radio
• Compresivas (efecto poisson) en la circunferencia
– En la matriz
• Mayormente tracción en la dirección del punzón
• También tracción en los ángulos rectos a la dirección
del punzón
• Los esfuerzos hacen que el material adelgace en la
dirección del punzón y que encoja en la direción
circunferencial de la matriz.
Embutido
Fuerzas y Esfuerzos

35. JCCHIWC 270
Estado de Esfuerzos en Embutido
– Si la fuerza en el sujetador de la chapa no es
suficiente para mantenerla fija, el material en
esta parte ( borde) es empujado o succionado
a la matriz
El borde de la pieza embutida no queda
parejo, queda “arrugado”

36. JCCHIWC 270
Capacidad de Embutido Profundo
• La capacidad de un material para ser sometido a
embutido profundo es un fenómeno complejo.
• Un parámetro empírico importante es
– Razón de Embutido Limitante (REL) dado por
REL = Diámetro máximo de la chapa
Diámetro del punzón
• El REL está relacionado a propiedades
fundamentales del material a ser embutido, a
través de una propiedad llamada :
– Anisotropía Normal o Plástica

37. JCCHIWC 270
Anisotropía Normal
• La Anisotropía Normal,
– R = Strain en ancho/strain en espesor
– REL es proporcional a la anisotropía normal
promedio.
• Se mide midiendo las deformaciones en el ancho de una pieza
normal de tracción.
Deformaciones en una pieza de
ensayo de tracción sacada de una
chapa metálica. Estas deformaciones
se usan para determinar las
anisotropías normal y en el plano de la
chapa metálica.

38. JCCHIWC 270
Zinc alloys
Hot-rolled steel
Cold-rolled rimmed steel
Cold-rolled aluminum-killed steel
Aluminum alloys
Copper and brass
Titanium alloys (a)
Stainless steels
High-strength low-alloy steels
0.4–0.6
0.8–1.0
1.0–1.4
1.4–1.8
0.6–0.8
0.6–0.9
3.0–5.0
0.9–1.2
0.9–1.2
Rangos de R, Anisotropía Normal Promedio,
para Chapa de varios Metales

39. JCCHIWC 270
Anisotropía
• La Chapa laminada es anisotrópica y R debe
medirse en varias direcciones diferentes de
la chapa.
– < de 45o a la dirección de laminado, R45
– Paralela a dirección de laminado, R0
– en < s rectos(90º) a la dirección de laminado,
R 90
• Tipicamente R avg se calcula a partir de estos
tres valores
– R avg = (R0 + 2R45 + R90)/2

40. JCCHIWC 270
REL y Anisotropía

41. JCCHIWC 270
Anisotropía Planar
• Si R0 y R90 son diferentes, la chapa NO se
deforma igual en diferentes direcciones de el
proceso de embutido.
• Esto causa un defecto conocido como “orejas”
– El borde superior de la copa no va a estar en un
mismo plano , quedando con ondulaciones
(orejas)
– Estas deben ser eliminadas generando scrap
– Criterio de formación :
∆∆∆∆R = (R0 - 2 R45 + R90)/2
Donde R es the Anisotropía Normal y los
subíndices dan la dirección en la cual R se mide
en relación a la dirección de Laminación.
– Las “orejas” aparecen si ∆∆∆∆R no es cero

42. JCCHIWC 270
Copa embutida con “orejas”
Orejas en una copa de
acero embutida.
Son causadas por la
anisotropia planar de la
chapa empleada en el
proceso

43. JCCHIWC 270
• El Flujo entre la matriz y el punzón es similar al
observado en trefilación.
• Bajo el “sujeta chapa” el movimiento del metal es menor
y es uniforme
• En productos que no son circulares el flujo llega a ser
no uniforme
• Para controlar el flujo en productos que no son circulares
se usa
- Cordones Guiadores de flujo (beads)
• El doblado y enderazamiento del metal mientras fluye,
incrementa la resistencia al movimiento del metal.
• Diseño y ubicación importantes para buenos productos
– Diseño apropriado del blanco inicial
• Cortar las esquinas de blancos cuadrados a 45o
Flujo del Metal

44. JCCHIWC 270
Flujo del Metal

45. JCCHIWC 270
Resumen
• Doblado y Embutido son dos
procesos importantes de
conformado de chapa metálica con
muchas ventajas y unas pocas
desventajas.

46. JCCHIWC 270
Embutido de
“Latas”