8

130

8. PROCESOS DE CONFORMADO DE LA CHAPA

OBJETIVOS GENERALES

1. Explicar los principios, tcnicas y mtodos utilizados en los procesos de conformado de la chapa.

2. Analizar los procesos de corte, doblado, estampado, embutido y acuado.

3. Disear las herramientas utilizadas (matrices) para los procesos de conformado de la chapa, determinando sus costos.

4. Seleccionar las mquinas y equipos donde operan las matrices, determinando sus caractersticas tcnicas.

Los procesos de conformado de la chapa considera operaciones de: Corte

Doblado

Estampado

Embutido

Acuado

8.1. Procesos de Cortea) Corte por cizallado

b) Corte por punzonado

c) Corte completo

d) Corte puro

8.1.1. Corte por cizallado.Este tipo de corte se utiliza para dividir una plancha en segmentos que pueden constituir una pieza, o bien corresponde a la etapa previa para operaciones posteriores de corte y punzonado, o de corte completo o bien de doblado.

Maquina utilizada:

Cizallas de guillotina.

Cizallas de palanca.

Cizallas de rodillos.

Cizallas circulares.

8.1.1.1. Cizallas de Guillotina

En la industria metalrgica y dentro del mbito del conformado de la chapa metlica, se utilizan varios tipos de mquinas, entre ellas las cizalladoras, que por su funcionamiento representan un riesgo para el operario encargado de su manejo.

Las cizallas tipo guillotina, son las ms frecuentes en los centros de trabajo, su campo de aplicacin se extiende a varios sectores industriales.

Conocer los principales riesgos de la mquina y los sistemas de proteccin ms adecuados para eliminarlos debe ser una de las preocupaciones de los supervisores de estos equipos.

Segn el mecanismo de propulsin de la cuchilla de las cizallas guillotinas para metal, se clasifican en

Cizallas mecnicas mediante excntricas o cigeal

Cizallas hidrulicas mediante cilindros oleo hidrulicos

Las cizalladoras pueden ser con o sin cuello de cisne y a su vez de embrague mecnico o de embrague a friccin. Estas mquinas se componen de:

Figura 8. 1 Vista lateral de una cizalla.

Componentes Bancada: Pieza de fundicin sobre la que descansa la mquina.

Bastidor: Pieza de hierro que se apoya sobre la bancada y soporta la cuchilla fija, y el pisn.

Mesa: Pieza de hierro sobre la que se apoya el material a cortar y a la que pueden fijarse accesorios como guas o escuadras.

Pisn: Pieza de fundicin que presiona y sujeta el material sobre la mesa de trabajo antes de efectuarse el corte.

Corredora o porta-cuchilla: Pieza que se desplaza verticalmente a la mesa y aloja a la cuchilla mvil.

Cuchilla mvil: Pieza de acero de herramienta unida a la corredera diseada para cortar el material.

Cuchilla fija: Pieza de acero de herramienta unida a la mesa y diseada para cortar.

Grupo hidrulico o Sistema mecnico: Sistemas que permiten el funcionamiento de los diferentes rganos de la mquina.

Dispositivo de accionamiento: Elemento de mando de la mquina que puede ser manual o con el pie. (Pulsador, pedal, barra, etc.).

Figura 8.2 Maquina cizalladora de guillotina

Mtodo de trabajo (principio de funcionamiento)

Las cizallas de guillotina para metales son mquinas utilizadas para operaciones de corte de metales tales como chapa de acero, de aluminio, etc.) de espesores hasta 25 mm. y con una velocidad de corte de hasta 120 golpes por minuto.

El corte es efectuado por dos cuchillas, las cuales disponen normalmente de cuatro ngulos de corte.

La cuchilla inferior va sujeta a la mesa y la superior, bien a la corredera si se trata de cizallas de guillotina con cuello de cisne o al puente porta-cuchillas si son cizallas sin cuello de cisne.

La tcnica del proceso consiste en:

Graduar la abertura o juego entre la cuchilla fija y la cuchilla mvil de acuerdo al espesor a cortar.

Posesionar el tope interno segn la magnitud del corte.

Colocar sobre la mesa la chapa a cortar. Situar la chapa en posicin de corte (operacin que se realiza con la ayuda de reglas graduadas situadas en los soportes delanteros y la galga de tope trasero o bien con la lectura de indicadores automticos).

Accionar el mecanismo de la corredera, (con lo que descienden el pisn y la cuchilla, sta con un retraso sobre el pisn y se efecta el corte de la chapa). La chapa una vez cortada cae por la parte posterior de la mquina al suelo o bien dentro de un sistema de recogida dispuesto para tal fin y la corredera queda inmovilizada automticamente en el punto superior, cuando se trabaja con la opcin golpe a golpe.

Un nuevo ciclo puede ser iniciado.

Riesgos especficos derivados del funcionamiento

Los riesgos especficos derivados de las diversas operaciones realizadas con cizallas guillotinas se pueden concretar en:

Corte y/o amputaciones por atrapamiento entre las cuchillas Las causas que pueden actualizar este riesgo pueden ser: Accesibilidad a la zona de corte por carecer la misma de proteccin adecuada, tanto por la cara frontal como por la posterior. Accionamiento involuntario de la mquina. Introduccin de las manos en la zona de operacin de la mquina al alimentar o rectificar la posicin de la pieza. Aplastamiento de las manos entre el pisn y la pieza a cortar Causas: Introduccin de las manos en la zona de operacin del pisn al colocar o rectificar la posicin de la pieza a cortar. Accionamiento involuntario de la mquina.

Corte de las manos

Las causas que pueden actualizar este riesgo pueden ser:

El manipular la chapa sin la proteccin de guantes de cuero, ello debido a las rebarbas que se generan en la zona de corte de la chapa

El manipular las piezas cortadas sin guante de cuero.

Sistemas de proteccin

Los sistemas de proteccin, procurarn la inaccesibilidad al punto de operacin durante el recorrido de cierre; sta inaccesibilidad se entiende tanto por la parte frontal; las laterales y posterior, y se montarn de forma que impidan las lesiones en las manos o cuerpo del operario.La proteccin del punto de operacin est en funcin del tipo de cizalla, del nmero de operarios que trabajen en ella, del tipo de trabajo a ejecutar, de la modalidad de funcionamiento y de los mandos de accionamiento utilizados.

El sistema de proteccin considerado para impedir el acceso al punto de operacin en este tipo de mquinas es el de "Proteccin por resguardos fijos".

Si por razones tcnicas del proceso de fabricacin no puede utilizarse este sistema de proteccin, se emplearn otros sistemas, siempre que su grado de proteccin cumpla con las condiciones de seguridad exigidas para eliminar el riesgo.

Las condiciones generales que deben cumplir los sistemas de proteccin en cuanto a diseo, construccin, aplicacin y montaje sern las siguientes:

Robustez, rigidez y resistencia adecuada a su funcin.

Ser de difcil neutralizacin y burlado; sus partes esenciales no se podrn manipular ni retirar sino es con tiles especiales.

No crearn nuevos riesgos.

Permitirn una buena visibilidad del punto de operacin.

No introducirn incomodidades ni esfuerzos excesivos.

Proteccin por resguardo fijo

Para la instalacin de resguardos fijos, como proteccin del punto de operacin, stos, debern cumplir los siguientes requisitos de diseo, construccin y montaje:

Evitar la entrada de las manos o dedos ms all del lmite de la lnea de peligro ya sea a travs, alrededor, por encima o por debajo del resguardo (se tendr en cuenta asimismo, el acceso por las zonas laterales de la cuchilla).

Las aberturas mximas permitidas en el resguardo en funcin del punto de montaje con respecto a la lnea de peligro, se ajustarn a lo especificado en las normas de seguridadEn la proteccin frontal de la zona de operacin se tendr en cuenta que esta proteccin, siempre que el recorrido de la misma posibilite la penetracin de los dedos, se site por delante de los pisones con el fin de eliminar el riesgo de atrapamiento entre pisones y mesa de trabajo

Se proteger asimismo la parte trasera del porta-cuchillas por medio de resguardo fijo con el fin de impedir el acceso a la zona de corte por la zona posterior de la mquina.

Criterios preliminares para el cizallado de una plancha.

a) Sentido de laminado de la plancha ( si influye o no en la pieza final)

b) Aprovechamiento ptimo de la plancha

c) Menor nmero de cortes para obtener las piezas

d) Capacidad de la mquina de cizallar

e) Dimensiones normalizadas de la plancha

f) Si se cortan piezas o tiras (fleje para alimentar matrices de conformado)

8.1.2. Cizallas de palanca.Son cizallas de accionamiento manual a travs de la palanca 6 segn figura 8.4

Figura 8.3 Cizalla de palanca

figura 8.4 Partes de cizalla de palanca

Son utilizadas principalmente para cortar perfiles en L , macizos redondos y cuadrados, adems de lminas.8.1.3. Cizallas de rodillos ( Lnea de corte longitud de rollos metlicos)

Figura 8.5 Lnea de corte longitudinalUna lnea de corte de longitud es usada para trabajos como desenrollado, estiramiento, medicin, corte transversal a longitudinal y apilamiento de varios materiales como acero al carbn laminado en fro o en caliente, hojalata, acero inoxidable, y otros tipos de metales con superficies revestidas.

Las lneas de corte de longitud determinada estn compuestas por un des enrollador, enderezador, codificador de medicin, alimentador de rodillos, lnea de cizalladura, correa transportadora y apiladora.

Las lneas de corte de longitud tienen un rendimiento estable, calidad confiable y alta eficiencia de trabajo. Como resultado, es ampliamente usada durante el procesamiento de artefactos para el hogar, automviles, herramientas, productos de acero, y ms.

Caractersticas de la lnea de corte de longitud determinada

Las lnea de corte de longitud determinada usa una alimentacin de rollo, impulso servo AC.Tienen un sistema de control de longitud digital que asegura un posicionamiento rpido con poco error.

Las cuchillas rotatorias tienen una superficie revestida en cromo duro y es duradera y resistente a la abrasinSon usada junto con una cizalla hidrulica o una cizalla de embrague neumtico para llevar a cabo un cizallado ms rpido y ajuste de distancias conveniente.

Unidad de desenrolladoEsta unidad de desenrollado de nuestra lnea de corte de longitud determinada permite que muchas bobinas sean pre-ubicadas en la estacin de carga. Est disponible con cabezal simple o doble para adecuarse a diferentes requisitos.

Figura 8.5 unidad de desenrollado

Enderezador

El enderezador de la lnea de corte de longitud puede tener muchos diseos. Puede ser controlada de forma flexible y puede llevar a cabo un buen enderezado de lminas metlicas. Sus cilindros de enderezado estn hecho de acero con una superficie cubierta de cromo. Tiene una buena resistencia a la abrasin y larga duracin.

Figura 8.6 sistema enderezador de las laminas

Alimentador y cizalla

Las lneas de corte de longitud determinada emplea un par o dos pares de rodillos de alimentacin, impulsados por un motor servo AC, para alimentar las tiras en la longitud establecida precisamente. Aseguran un rpido posicionamiento con poco error. Estos rodillos de alimentacin son compatibles con una cizalla hidrulica o una cizalla de embrague neumtica para llevar a cabo un corte rpido y ajuste de distancia conveniente.

Unidad de apilado

Nuestra lnea de corte de longitud determinada puede ser equipada con una unidad de apilado neumtica o electromagntica. Est equipada con un soplador para proteger a la superficie de raspaduras. Tanto el apilado longitudinal como transversal estn disponibles.

Parmetros de la lnea de corte de longitud segn tamao del equipo Espesores de corte: 0,2 a 6 mm

Ancho de corte: 500 a 2000 mm

Precisin de corte: 0,1 mm

Velocidad de corte: 15 a 60 m/min

8.1.4. Cizallas circulares.Este tipo de cizalladora es utilizada para recortar discos metlicos, el dimetro a cortar se puede regular modificando la distancia entre las cuchillas de corte y el centro de rotacin de la mquina., en tanto que el espesor mximo depende del tipo de material y la capacidad de la mquina.

Figura 8.7 cortadora o cizalla de discos metlicos.

8.1.5. APROVECHAMIENTO PTIMO DE LA PLANCHAEn produccin masiva, el costo de una pieza obtenida mediante matrices est constituida bsicamente por:

Costo unitario materia prima necesaria (lamina)

Costo unitario herramiental (matrices y moldes)

Costo unitario operaciones de conformado

Costo unitario procesos adicionales (pulido, desbarbado, pintura)

De todos ellos, en muchos casos, el ms relevante puede ser el costo unitario de la materia prima, por lo tanto el diseo de los cortes para el aprovechamiento ptimo de la plancha o lmina puede generar disminuciones significativas en el costo total unitario del producto o pieza.

Problema: Cortar una plancha de dimensiones A x B

Para obtener una pieza de dimensiones a x bFigura 8.8 plancha A x B y pieza a cortar de a x b 8.1.5.1 Diseo de los cortes de la plancha para un aprovechamiento ptimoDe cuantas formas se puede disponer la pieza en la plancha?

En qu aspectos influir la distribucin de la pieza en la Plancha?

Cuntas piezas se pueden obtener de la plancha?

Cuntos cortes y cuanto tiempo se requerir para el corte De n planchas?

Cual ser el costo por concepto de material para un producto ?

Cual ser el costo por concepto de operacin de corte?Cul ser el % de utilizacin y de prdida de material?

Existe un mtodo de clculo que permite determinar anticipadamente:

1. Numero de piezas totales

2. Numero de cortes totales

3. Porcentaje de utilizacin de la plancha

4. Porcentaje de perdida del material

5. Calculo de costos por concepto de material y de operacin.

6. Distribucin optima segn costos

8.1.5.2 ALTERNATIVAS PARA REALIZAR LOS CORTES:a) Distribucin de la pieza a x b , disponiendo la pieza haciendo coincidir el largo de la pieza con el largo de la plancha (ver figura 8.9)b) Distribucin de la pieza a x b , disponiendo la pieza haciendo coincidir el largo de la pieza con el ancho de la plancha (ver figura 8.10)a)Disponiendo la pieza a x b haciendo coincidir el largo de la pieza con el largo de la plancha

Figura 8.9 Corte de la pieza de a x b de la plancha A x B, largo pieza a lo largo de la plancha Para la figura 8.9, sean: Frmula de calculo

m 1 = N de cortes de ancho "a" en el total Am 1 = A / a

n 1 = N de cortes de largo "b" en el total Bn1 = B / b

k 1 = N de cortes de ancho "a" en el sobrante C1k 1 = c1 / a

m 2 = N de cortes de largo "b" en el total Am2 = A / b

b 1 =sobrante en el ancho Ab1 = A - m 1 x a

c 1 = sobrante en el largo Bc1 = B - b x n1

d 1 = sobrante definitivo en trozo C1 x Ad1 = C1 - a x k 1

b 2 = sobrante definitivo en trozo C1 x Ab2 =A-m2xb

n p = N total de piezas obtenidasn p = m 1 x n 1 + m 2 x k 1

n c = N total de cortes necesariosn c = n 1 + m 2 + m 1 x n 1 + m 2 x k 1

Pm = Perdida de materialPm = b1(B-c1) + d1xA + b2(c1 - d1)

Para cortar la plancha como se seala en la figura 8.9, se debe:

1 fijar la distancia entre los cuchillos de corte de la guillotina en la magnitud "b" ejemplo, b=140mm2 Realizar los n1 cortes transversales de magnitud "b", de modo que:n1 = B / b, con n1 a N+ Ejemplo B= 2500, b= 140 n1 = 17 cortes Con sobrante C1 = B - b x n1 =120 mm3 Realizar m2 cortes al sobrante C1 x A en forma transversal, de longitud b, de modo que:m2 = A / b, con m2 a N+ Ejemplo A = 1200, b =140 m2 = 8 cortesCon sobrante definitivo b2 =A-m2xb = 80 mmNOTA Realizar Pasos de 1 al 3 a todas las planchas que se requieran para el lote de produccin

4 Fijar la distancia entre los cuchillos de corte de la guillotina en la magnitud "a" ej. a = 45 mmSobre cada tira de magnitud A x b practicar m 1 cortes transversales de magnitud "a", de modo que:m 1 = A / a con m 1 a N+ Ej. m 1 = 1200 / 45 = 26 cortes, con sobrante b1 = A - m 1 x a = 30 mm5 sobre cada trozo de material de magnitud c1 x b practicar k 1 cortes transversales de magnitud "a"k 1 = c1 / a con k 1 a N+ Ejemplo k 1 = 120 / 45 = 2 cortes Con sobrante definitivo d1 = C1 - a x k 1 = 30 mm

Calculo del nmero de piezas y del nmero de cortes para el diseo de la figura 8.9

N total de piezas obtenidas

N total de cortes necesarios

Perdida de material

% de utilizacinRESUMEN: Para el Ejemplo, piezas 45 x 140 mm plancha de 1200 x 2500 mm, se tiene:

b) Disponiendo la pieza a x b haciendo coincidir el largo de la pieza con el ancho de la plancha

Figura 8.10 Disposicin del largo de la pieza a lo ancho de la plancha

Para cortar la plancha como se seala en la figura 8.10, se debe:

1st. Disear el corte sobre la plancha, de modo de establecer como se darn los primeros cortes, una vez diseada se debe pasar al 2punto

2nd. Fijar la distancia entre los cuchillos de la guillotina en la magnitud "a" ej. a=45 mm3rd. Realizar los primeros K 2 cortes de magnitud "a" , al largo B de la plancha, sobre el sobrante C, de modo que quede una plancha de magnitud B x ( m2 x b); con

m2 = A / b, donde m2 a N+ Ejemplo: A = 1200mm y b = 140 mm m2 = 8 piezas

Generando un sobrante C en el ancho A, cuyo valor es C = A - m2 x b

Ejemplo: C =1200 - 8 x 140 = 80 mm

Por lo cual el nmero de cortes k 2 de ancho a por el largo B ser de:

k 2 = C / a = 80 / 45 = 1 con lo que se logra una tira de dimensiones B x 45 mm y Sobrante definitivo ser d 2 = c2 - k 2 x a = 35 mm Observaciones: 1. Este paso 3 debe ser realizado a todas las planchas para producir el lote total 2. Segn lo calculado en el ejemplo, los cortes K2 sern en el ejemplo solamente 1

3. Quedando el diseo del corte de la plancha segn se indica en la figura siguiente

Figura 8.11 Diseo de los cortes transversales de la pieza a x b en plancha A x B

4th. Realizar n2 cortes a la plancha sobrante de dimensiones ( A k2 x a )x B en forma transversal, de ancho "a"

n 2 = B / a = 2500 / 45 = 55 Cortes, se logran tiras de 45 X (A - k 2 x a) Sobrante definitivo en el largo B, b 2 = B - a x n2 = 2500 - 45 x 55 = 25 mm4 Fijar la distancia entre los cuchillos de corte de la guillotina en la magnitud "b"

Ejemplo b = 140 mmSobre cada tira de material de magnitud (A - k 2 x a) x 45 practicar m 2 cortes transversales de magnitud "b"

m 2 = (A - k 2 x a ) / b m 2 a N+ Ejemplo m 2 = (1200 - 1x 45 ) /140 = 8 cortes Con sobrante d2 = A - m 2 x b - k 2 x a = 35 mm5 sobre cada tira de magnitud B x a practicar n 1 cortes transversales de magnitud "b"

n 1 = B / b n 1 a N+ ejemplo n 1 = 2500 / 140 = 17 cortes Con sobrante definitivo b3 = B - n1 x b = 120 mmCalculo del nmero de piezas y del nmero de cortes para el diseo de la figura 8.10

N total de piezas obtenidas

N total de cortes necesarios

Perdida de material

% de utilizacin

Trabajo practico:

1. Realizar los clculos para la distribucin del largo de la pieza a lo ancho de la plancha con los mismos valores (a= 45 mm; b = 140 mm; A = 1200 mm; B =2500 mm.

2. Comparar las dos alternativas y concluir cul de ellas es la mejor, considerando que no influye en el uso de la pieza el sentido de laminado.

3. Calcular el costo unitario del material para una plancha cuyo valor comercial es de 18.000 $ y el costo unitario para el corte de una pieza 8.1.6. Calculo del costo unitario de material:

Cu = Costo unitario de material de cada pieza

Cp = Costo total de la plancha

Np = N de piezas por plancha

Cu = Cp / Np ejemplo. Cp = $ 12.550, Np = 256 piezas Cu = $ 48,8 / pieza8.1.7. Calculo del costo del corte de las piezas

Cuc = Costo unitario del corte (de una pieza.)

Nc = Nmero de cortes por plancha

Chh- m = Costo hora hombre maquina de cizallar (guillotina)

Tt = Tiempo total para cortar una plancha

Tp = Tiempo de preparacin para iniciar cortes de magnitud "a" o "b"

Tc = Tiempo para realizar un corte en la guillotina.

Ta = Tiempos accesorios para realizar el corte de todas las piezas.

Cuc = (Chh-m xTt) / Nc Tt = Nc x Tc + 2Tp + ta

Ejemplo: Chh-m = $12.220 /hora , Nc = 426 Tc = 5 s (13,8 x10 -4 horas)

Tp = 5 min (8,3 x 10 -2 horas) Ta = 10 minutos (0,166 horas)

8.1.8. Calculo de la fuerza de la guillotina. (Fuerza de corte por cizalle) Fcc

El cizallado Es la operacin de corte de una lmina de metal a lo largo de una lnea recta entre dos bordes de corte como se muestra en la figura 8.12 y 8.13 El cizallado se usa para reducir grandes lminas a secciones ms pequeas para operaciones posteriores de prensado. Se ejecuta en una mquina llamada cizalla de potencia o cizalla recta. La cuchilla superior de la cizalla de potencia est frecuentemente INCLINADA en un ngulo de , como se muestra en la figura 8.14 vista frontal, para reducir la fuerza requerida de corte.

Anlisis del proceso de cizallado

Figura 8.12 cizalle con cuchillos rectos figura 8.13 cizalle con cuchillos en nguloLas maquinas cizalladoras presentan normalmente filos rectos (figura 8.12), lo que tiende a provocar el giro de la plancha, para evitar ello, la maquina presenta un prensa chapa denominado pisn, (ver figura 8.14), la figura 8.13 muestra cuchillos con filo inclinado, con un ngulo , ello evita el giro de la plancha, sin embargo esto debilita los filos, por ello se recomienda un ngulo de aproximadamente 80 y como evita el giro de la lmina al momento de cortar presenta gran aplicacin en cizalladoras manuales y tijeras de todo tipo.

Figura 8.14 vista lateral y frontal de los cuchillos de corte de una cizalladora

Segn se observa en la figura 8,14, vista lateral, las mquinas de cizallar tipo guillotina tienen una combinacin de ambas situaciones, es decir el filo de la cuchilla fija es recto, en tanto que el filo de la cuchilla mvil lleva un ngulo de inclinacin de 80 .Por otro lado en las mquinas de cizallar se puede observar en la vista frontal que en la cuchilla fija el filo recto es horizontal, en tanto que el filo de la cuchilla mvil es inclinado en un ngulo dicho ngulo es pequeo, fluctuando su valor entre 1 a 10 ., La razn de ello es debido a que si fuese tambin horizontal la fuerza de corte por cizalle seria:

Fcc = c x Ac Con

c = Esfuerzo especifico de corte por cizalle en Kp/mm2 o N/ mm2 o Mpa / mm2Ac = rea de corte = largo de corte de la lmina mm x espesor de la lmina mm Nota.: Los valores de c estn tabulados, sin embargo, a falta de tablas, se puede considerar para la mayora de los materiales metlicos que c vara entre 0,7 a 0,8 veces BEjemplo de clculo:

Calcular la fuerza de corte necesaria para cizallar una chapa de acero St 34 de 4 mm de espesor en cortes de 2500 mm de largo:

Fcc = c x Ac = 0,75 x 34 x 2500 x 4 = 255.000 Kp es decir 255 Ton.Este valor de fuerza de corte es muy elevado y se puede disminuir significativamente dndole un pequeo ngulo al filo de la cuchilla mvil. Las mquinas de cizallar presentan este ngulo y como se observa a continuacin permiten disminuir significativamente la fuera de corte., partiendo de la misma expresin general. Entonces, dado la formula general para el clculo de la fuerza de corte es:Fcc = c x Ac

Para las cuchillas con inclinacin en su longitud lo que vara es el largo de corte y el rea de corte segn la siguiente figura 8.15

Figura 8.15 Representacin de la l9ongitud de corte cuchilla mvil inclinada

Como puede apreciarse el rea de corte disminuye de largo lmina por espesor a tan solo el rea de corte sombreado (color verde), dicha rea de corte es:Ac = x L x e y dado que en triangulo rectngulo ABC , tg = e / L

Y Calculando la fuerza de corte para una cuchilla con 5 el valor de la fuerza de corte decrece a:Fcc = 6218 kp o sea 6 ton.Tarea para la casa:

Determinar cul es la fuerza de corte de cizallado para cortar en un cizalladora la plancha de acero St 34 de 2500 mm de largo y 4 mm de espesor modificando el ngulo de inclinacin alfa del cuchillo, para ngulos de 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 y 10., luego concluir sobre la base de los resultados.

Todo lo anterior se aplicara en la actividad CORTE OPTIMO DE UNA PIEZA RECTANGULAR DESDE UNA PLANCHA EN MAQUINA CIZALLADORA8.2. CORTE Y PUNZONADO DE CHAPA O LAMINA El proceso de corte y punzonado, es un proceso de produccin masivo que se realiza en una herramienta de corte denominada matriz o troquel de corte.

Para obtener la pieza cortada o punzonada, la lmina se hace pasar por la matriz o troquel de corte entre el punzn y la placa matriz.

El material de partida que se introduce denominada tira de recorte la que se hace llegar hasta un tope interior ubicado en la matriz.

Luego se aplica la fuerza de corte Fc mediante una conexin del punzn con el cabezal de una prensa.

Figura 8.16 matriz o troquel simple de corte y/o punzonado,

En la figura 8.16 se distinguen:Punzn de corte o punzonado (denominacin genrica: punzn)

Placa gua del punzn (denominacin genrica gua del punzn)

Placa matriz

Gua de la tira o banda de corte.

Adems se observa una abertura conformada por las guas para la tira de recorte

Figura 8.17 Dibujo o diseo de una tira de recorte para cortar un disco o cospel8.2.1. PROCESO DE CORTE

El corte de lmina se realiza por una accin de cizalla entre dos bordes afilados. La accin de cizalla se describe en los cuatro pasos esquematizados en la figura 3.52, donde el borde superior de corte (el punzn) se mueve hacia abajo sobrepasando el borde estacionario inferior de corte (el dado).

Cuando el punzn empieza a cargar el material de trabajo, ocurre una deformacin plstica en las superficies superior e inferior de la lmina (figura 8.18 b, a media que el punzn se mueve hacia abajo ocurre la penetracin, dando origen a la iniciacin de fractura del material (figura 8.18 c) esto ocurre aproximadamente a un tercio del espesor del material, si continua bajando el punzn y el juego de corte entre el punzn y la placa matriz es correcto, las dos lneas de fractura se encuentran y el resultado es una separacin limpia del material de trabajo en dos piezas, el material est tcnicamente cortado figura 8.18 d.

Figura 8.18 etapas del proceso de corte por cizallado, corte y punzonado

Los bordes cizallados de la lmina tienen formas caractersticas que se muestran en la figura 8.19En la superficie superior de corte hay una regin que se caracteriza por presentar un radio de redondeo. ste corresponde a la compresin hecha por el punzn en el material de trabajo antes de empezar el corte. (Figura 8.19)

Figura 8.19 zonas caracterstica generadas en las piezas despus del corte

Aqu es donde empieza la deformacin plstica del material de trabajo; justo abajo del redondeado hay una regin relativamente lisa llamada zona brillante, que se caracteriza por dejar una superficie similar al logrado por el bruido. sta resulta de la penetracin del punzn en el material antes de empezar la fractura. Debajo de la zona brillante est la zona de fractura, una superficie relativamente tosca del borde de corte donde el movimiento continuo del punzn hacia abajo causa la fractura del metal.Finalmente al fondo del borde est la rebaba, un filo causado por la elongacin del metal durante la separacin final de las dos piezasJuego entre punzn y matrizEl juego entre punzn y matriz (tambin entre cuchilla fija y cuchilla mvil) en un proceso de corte de material metlica en forma de chapa, tiene fundamento en el hecho real que el proceso se realiza en etapas (ver figura 8.18), donde despus de la etapa de deformacin plstica, se inician las fracturas desde cada uno de los filos de corte, dicha iniciacin se prolongara en el ngulo de fractura () que es propio para cada tipo de material metlico, para el acero duro 4, para el acero semi duro 5, para el acero blando, el cobre y el latn 6

En el caso que no exista juego, la proyeccin del ngulo de fractura no se encuentra generando como consecuencia lo siguiente: Aumenta la fuerza de corte hasta en 5 veces a la necesaria cuando se realiza el corte con juego.

Consecuentemente aumenta el trabajo de corte necesario hasta en 15 veces respecto al corte con juego

Tambin se requiere una prensa de mayor capacidad (mas tonelaje)

Es necesario disear el til de corte con gran precisin y sobre dimensionado, lo que genera un costo del til significativo (hasta 10 veces)

El juego de corte optimo desde el punto de vista de la menor fuerza y trabajo de corte , como tambin desde el punto de vista de menor rebaba en el corte est recomendado en tablas elaboradas por investigadores y algunos autores lo expresan en un porcentaje del espesor del material y segn el tipo de material.El actual estado de la investigacin expresa que existen dos tipos de juego optimo a saber:

Juego ptimo para un mnimo de fuerza y trabajo de corte.

Juego ptimo para conseguir una mejor calidad del borde de corte en cuanto a rebaba

Las formulas siguiente expresan estos dos ptimos:

Para chapas metlicas de espesores de hasta 3mm el juego se calcula segn:

Para chapas metlicas de espesores dems 3mm el juego se calcula segn:

Con C = 0,01 valor tomado normalmente en la prctica.

Con valores de C = 0,005 para conseguir la mejor calidad de superficieCon C = hasta 0,035 para conseguir Fuerza y trabajo de corte mnimo

Con C = 0,015 a 0,018 para punzones y matrices de metal duroB = Resistencia a la cortadura del material a trabajar o esfuerzo especifico de corteTABLA N VALORES DEL ESFUERZO DE CORTADURAMaterial B en Kp/mm2Material B en Kp/mm2

Acero 0,1 % C24 a 30Klingerit y similares4 a 6

Acero 0,2 % C32 a 40Cartulinas sinteticas10 a 14

Acero 0,3 % C36 a 48Tejidos de resinas9 a 12

Acero 0,4 % C45 a 56Resinas - mica2 a 3 - 5 a 8

Acero 0,6 % C55 a 70Madera chapada2 a 3

Acero 0,8 % C70 a 90Madera1 a 3

Acero al silicio45 a 55Celuloide4 a 6

Estao3 a 4Cuero0,7

Plomo2 a 3Goma blanda0,7

Papel y cartn2 a 5Goma dura2 a 7

Cartn duro7 a 9Latn Ms 9025

Cobre20 a 30Laton Ms 7222 a 30

Bronce al zinc36 a 45Laton Ms 60 a Ms 6325 a 32

Bronce al aluminio25 a 32Aluminio Blando 5 a 6

Fuente: tabla N 3 y 36 herramientas de troquelar, estampar y embutir - Dr. ING. GERHARD OEHLER

8.2.2. Definiciones

Definicin de corte

La operacin se define como corte, cuando lo que se utiliza o sirve es la pieza que sale por el orificio de la matriz. (Ver figura 8.10 y 8.20)Definicin de punzonado La operacin se define como punzonado, cuando lo que se utiliza o sirve es el agujero que queda en la tira o pieza. (Ver figura 8.10 y 8.20)Punzn Placa MatrizEl punzn junto con la placa matriz conforman la parte ms importante del troquel, el punzn puede ser punzn de corte o punzn de punzonado, su funcin principal es definir el contorno de la pieza o de la perforacin que se desea obtener.

Figura 8.20 Representacin de los componentes bsicos de una matriz de corte

Gua del punzn

Corresponde a una placa de acero tipo C 45 cuya funcin principal es guiar con la mayor exactitud la bajada del punzn hacia el orificio en la matriz, (ver figura 8.16), adicional a esta funcin tambin cumple en algunos casos la funcin de extraer o expulsar la tira de recorte que normalmente queda adherida a los punzones., el espesor o altura recomendada para su diseo es de al menos una vez el dimetro del punzn, con un lmite mximo de 30 mm.

Tira de material (tira de recorte)Tambin conocida como tira de recorte, antes del proceso representa la materia prima desde donde se cortaran las piezas (tira de material) que luego de ser procesada en la matriz ser un desecho (ver figura 2.21), es introducida en la matriz para obtener el producto deseado, sus dimensiones y diseo de la distribucin del contorno a recortar debe ser realizado con mucho criterio para obtener el mejor aprovechamiento del material que conforma la tira

Figura 8.21 tira de recorte o tira de materialDiseo de la Distribucin de la pieza en la Tira de materialLa tira de recorte es la forma de la materia prima introducida en la abertura de la matriz para obtener el producto deseado, sus dimensiones y como est distribuido el contorno de la pieza a recortar debe ser cuidadosamente diseado para obtener el mejor aprovechamiento del material que conforma la tira, se debe procurar siempre la mejor distribucin de las piezas en la tira.Cul es la mejor disposicin o distribucin de la pieza en la tira? La de menor costo unitario de material,

La de menor costo de produccin,

La que d ms piezas por tira,

La que d mayor nmero de piezas por plancha,

La que genere menores dificultades para el avance en el interior de la matriz y La que genere las mejores caractersticas tcnicas del producto final.De qu factores depender esta distribucin? Forma de la pieza Sentido de laminado, si lleva doblez posterior Nmero de piezas por golpe (produccin, lote) Costo total de produccin del lote Del costo de la materia prima Del porcentaje de utilizacin del materialTipo de distribuciones:Sin desperdicio

Figura 8.22 diseo de una tira de recorte sin desperdicioVentaja: mximo aprovechamiento del material (casi 100%)

herramienta (matriz) mas simple y de bajo costo)

Desventaja: Ubicacin de la rebarba, en ambos sentidos

Tolerancia dimensional de la pieza ms amplia ( 0,1 mm)Con borde y puente Es la distribucin ms comn. Los valores de puente y borde estn recomendados y tienen por propsito generar una tira de recorte rgida que no entorpezca el avance dentro de la matriz

Figura 8.23 Diseo de una tira de recorte con puente y borde para cortar un disco

Figura 8.24 Diseo de una tira de recorte en fila inclinada

Figura 8.25 Diseo de una tira de recorte en fila disposicin vertical y horizontal

Diseo de tira Imbricada o de doble fila invertida dos pasadas y una pasada dos punzones

Figura 8.26 Diseo tira Imbricada o doble fila invertida dos pasadas y una pasada dos punzones

Figura 8.27 Diseo tira en forma de Tresbolillo o de varias filasTABLA N VALORES DE PUENTE Y BORDEMaterial

Chapa de:Espesor de la chapaPuente y borde

Para anchos < 10 mmPuente y borde

Para anchos entre 10 y 80 mm

Acero

Latn

Bronce0,2 a 0,41,01,5

0,4 a 0,60,61,0

0,6 a 1,00,81,5

1,0 a 1,51,02,0

Ms de 1,51 x espesor1,2 x espesor

Cobre

Zinc

Aluminio 0,2 a 0,52,03,0

0,5 a 1,01,02,0

1,0 a 1,51,52,5

Ms de 1,51,2 x espesor1,5 x espesor

CartulinaHasta 0,423

0,4 a 1,01,52,5

Fibra

Para juntas

CartnMs de 1,02 x espesor2,5 x espesor

Fieltro1,0 x espesor (min 4)1,5 x espesor (min 6)

Fuente: tabla N 5 herramientas de troquelar, estampar y embutir - Dr. ING. GERHARD OEHLER

Valores de borde y puente segn autor J. R. PAQUIN

Contornos curvosLos valores de A (puente y borde) son como

Mnimo.

A = 0,75 del espesor del material

Figura 8.28 puente y borde contorno curvaContornos rectos

Los valores de B y B dependen de la longitud del

puente y de las dimensiones L y L

L o L < 60 mm B o B = 1 espesor de material

L o L > 60 mm y 200mm B o B = 1,5 espesor

Figura 8.30 puente y borde contorno rectoContornos curvos paralelos

Valores de A = 0,75 espesor de material

Valores de C; dependen de la longitud delpuente:

L < 60 mm C= 1 espesor de material

L > 60 mm y 200mm C= 1,5 espesor

Figura 8.31 puente y borde contorno curvos paraleloGua de la tiraEl guiado de la tira de material con la precisin que el proceso requiere, es realizado por las reglas guas paralelas anterior y posterior, ellas deben generar un puente que permita que la tira de material deslice por el interior sin dificultad, para ello la altura o espesor de las paralelas debe ser al menos igual a 5 veces el espesor de la tira de recorte, con un mnimo de 5 mm. (Ver figura 8.32). se fabrican en acero del tipo C 45 sin tratamiento trmico, para baja produccin (hasta 1.000.000 de piezas) o en acero SAE 3315 cementados y templados para altas producciones. Para facilitar la entrada de la tira de material en el puente se dispone de un soporte de la tira de material a la entrada de la abertura de la matriz.

Figura 8.32 reglas guas y soporte de la tira de material

Tope de la tiraEl tope de la tira es un componente o mecanismo que limita el avance de la tira de material dentro de la matriz. El tope ms simple es un tope fijo interno (figura 8.32), que tiene como ventaja su simplicidad, pero como inconveniente el que la tira tiene que saltarlo en cada golpe, lo que no representa una dificultad para un operario hbil.

Otros modelos lo representan los topes automticos, dentro de los cuales existen muchos diseos, ello permiten que la tira avance y se detenga sin dificultas (figura 8.33)

Figura 8.33 Tope automtico, accionado por un actuador conectado al porta punzones Una caracterstica inherente a cualquier tipo de tope debe ser que genere un avance y posicionamiento de la tira con la precisin que requiera la pieza. Los topes sealados generan desviaciones admisibles de alrededor de 0,1 mm, en el caso de piezas que requieran tolerancias de posicin ms precisas, se debe recurrir a los punzones de paso o bien si el tipo de pieza lo permite a pilotos de centrado., con los cuales se pueden lograr errores admisibles del orden de 0,02 mm (ver figura 8.34)Figura 8.34 Componentes matriz de corte guiada por placa gua y punzones de paso

Otros tipos de topes estn representados por los llamados topes de inicio normalmente del tipo manual que son utilizados para cortar las primeras piezas en aquellos casos de matrices de ms de una estacin (ver figura 8.35)

Figura 8.35 tope manual de inicioFuerza y trabajo de corte

Esfuerzos que requiere la operacin de corte y punzonado en matriz de corte

Fc = p x e x c

p = permetro de corte en mm e = espesor de la chapa en mmB = Resistencia a la cortadura del material a trabajarTonelaje de la prensa Tp = 1,5 Fc total

Trabajo de corteEl trabajo de corte es el producto de la fuerza por la distancia que se desplaza dicha fuerza, como en el proceso de corte, la fractura total del material se verifica cuando el punzn baja 1/3 del espesor del material, el trabajo mecanico que debe realizar la prensa vale:Tc = Fc x e/3 En Kp mmEste trabajo mecnico expresa la cantidad de energa que debe disponer la prensa para realizar el trabajo. En las prensas el trabajo mecnico viene expresado en Kp m Fuerza de extraccinLa fuerza de extraccin se refiere a la fuerza necesaria que debe realizar la prensa al momento de su carrera de subida para extraer la tira de recorte que queda adherida a los punzones. Ver figura 8.36 . Su magnitud se calcula por la expresin:

Fe = 0,1 x Fc total Fuerza de expulsin La fuerza de expulsin se refiere a la fuerza necesaria que debe realizar la prensa en de su carrera de bajada para alojar la pieza cortada en el orificio de la placa matriz Ver figura 8.36 Su magnitud se calcula por la expresin:

Fe exp = 0,015 x Fc total

Figura 8.36 representacin de la fuerza de extraccin y la fuerza de expulsin Ejemplo:

Para la tira de recorte de la figura 8.37, que permite cortar una arandela para tornillo

M 10 con dimetro del agujero 10,5 mm dimetro exterior de 21 mm y 2 mm de espesor se pide calcular:1 Capacidad mnima de la prensa en toneladas y Kp m 2 Ancho de la banda o tira de recorte

3 Puente y borde y Juego de corte

4 Dimetro del punzn de corte y del punzn de punzonado

5 Dimetro del orificio en la matriz para el corte y el punzonado

6 Para una plancha de 1000 x 3000 mm, numero de tiras, numero de tpiezas por tira y numero de pieza por plancha

7 Porcentaje de utilizacin y perdida del material por plancha y por tira

8 Costo unitario de la materia prima por arandela.

Figura 8.37 Tira de recorte arandela segn DIN 127 para ejercicio Placa matriz: Detalles constructivos

Material, tratamiento trmico, dureza, terminacin superficial, tolerancias

Tipo de matriz en cuanto a forma

Zonas crticas de la matriz

Sistema de sujecin de la matriz a la placa base

Calculo de la placa matriz a flexin

Dimensiones de la placa matriz, clculo del espesor Vida y Salida de la matrizLa placa matriz (ver figura 8.38) es uno de los componentes importantes de un troquel, junto con los respectivos punzones, se fabrica en aceros de temple al carbono (C60 o ms) , aceros aleados al Cr, W , y en carburos metlicos, ello depende de la cantidad de piezas a producir, en el caso de los aceros se requiere de una dureza de 62 HRC despus del temple y revenido, la calidad superficial N6 y la tolerancia de fabricacin, acorde a la tolerancia del producto obtenido.

Figura 8.38 Conjunto inferior de un troquelVida y Salida de la matriz

La vida (V) de la matriz tiene una magnitud entre 5 a 12 mm, ello tiene que ver con la cantidad de re afilados que requiere para lograr la produccin total y con el total de piezas que quedan retenidas en la zona recta, en el caso de placas de acero, los re afilados en promedio son cada 60.000 piezas y se recomienda que no queden ms de 5 piezas retenidas en la zona recta, para ello el orificio de la placa matriz, tiene un ngulo de salida de aproximadamente 1 o 2 Tipo de matriz en cuanto a formaEl diseo de la placa matriz depende de varios factores, entre ellos lo siguiente:

Tamao de la placa

Tratamiento trmico

Grado de precisin

Material de la placa

Segn ello existen las siguientes alternativas (ver figura 8.39):

Placa matriz integral

Placa matriz con insertos postizos (figura 8.40)Placa matriz seccionada o compuesta

Placa matriz con postizo.

Figura 8.39 Diversos tipos de placas matriz (el color amarillo representa el orifico de la matriz)

Figura 8.40 Placa matriz con inserto postizo introducido a presinDimensiones de la placa matriz, clculo del espesorLas dimensiones de la placa matriz estn condicionada al tamao de la pieza y a las distancias critica que se deben considerar para evitar que la placa matriz se fracture.

Calculo del espesor mnimo de la placa matriz (integral)

a) Para orificios de seccin circular

Figura 8.41 Situacin y frmula de clculo para placa matriz con orificio circularb) Para orificios de seccin rectangular

Figura 8.42 Situacin y frmula de clculo para placa matriz con orificio rectangularEn cualquier caso, existe un espesor mnimo recomendado de 10 mm y un mximo de 30 mm, para placas matrices integrales, adems, si el clculo obtenido fuese mayos a 30 mm, se recomienda realizar una placa matriz por secciones., tambin se recomienda que la flexin de la placa matriz sea limitada y soportada por una placa de apoyo denominada placa base (ver figura 8.38)

Calculo de las distancias crticas de la placa matrizEn general las distancias criticas al borde de la placa matriz (Dc en figura 8.38) para placas integrales est condicionada por los puntos de concentracin de tensiones generadas por los tratamientos trmicos y dependen del espesor de la placa matriz (ya calculado)Dc = 1, 25 e para la mayora de las placas matricesDc = 1,5 e para placas matrices ms grandes (sobre 125 mm de lado)

Dc = 2 e cuando existan zonas de concentracin de tensiones por tratamiento trmico.

Sistema de sujecin de la matriz a la placa baseSegn puede observarse en la figura 8.38, la fijacin de la placa matriz a la placa base se realiza mediante el uso de tornillos de cabeza cilndrica con hexgono interior (DIN 912), en calidad mnima 10.8 y para su correcto posicionamiento mediante al menos dos pasadores cilndricos debidamente tratados trmicamente y con montaje a prueba de tontos .Otros temas a tratar:

Doblado, tipos de doblado: teora y frmulas prcticas

Enderezado

Curvado de tubos y perfiles estructurales

Curvado y/o doblado por tensin

Embutido con matrices de acero de una o ms etapas

Embutido: con colchn de goma, malformado, hidroformado e hidrodinmico

Formado hidrosttico: descripcin y ventajas sobre otros mtodos

Estirado, formato.

Dimensionado, estampado, acuado

Otros procesos: planchado, remachado, estancado, clavijado, recorte, costura

Prensas, plegadoras, mquinas curvadoras, cizallas, trefiladoras.BIBLIOGRAFA ESPECFICA:

1. TRABAJO DE LOS METALES POR DEFORMACIN ENFRIO EDITORIAL BLUME TOMOS 1 y 22. HERRAMIENTAS DE TROQUELAR, ESTAMPAR Y EMBUTIR EDITORIAL GUSTAVO GILI S.A. BARCELONA - Dr. ING. GERHARD OEHLER 3. TROQUELADO Y ESTAMPACIN EDITORIAL GUSTAVO GILI TOMAS LPEZ NAVARRO

4. ESTAMPADO EN FRIO DE LA CHAPA EDITORIAL CIENTFICO MEDICA MARIO ROSSI

5. ESTAMPADO ENFRIO DE LA CHAPA - KONICK

6. CORTE Y PLEGADO DE LA CHAPA F . DE MARCOS

7. MANUAL DEL TCNICO MATRICERO- JUAN MALUQUER

INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Haroldo Romero\\Downloads\\Lnea de corte de longitud determinada,Lnea de corte,Mquina CNC_archivos\\1-3b.jpg" \* MERGEFORMAT \d

n p = m 1 x n 1 + m 2 x k 1

n c = n 1 + m 2 + m 1 x n 1 + m 2 x k 1

Pm = b1(B-c1) + d1xA + b2(c1 - d1)

% U = 100 (A x B - Pm ) / A x B

n p = m 2 x n 2 + n 1 x k 2

n c = k 2 + n 2 + m 2 x n 2 + n 1 x k 2

Pm = b2 (A - C) + d3 x B + b3 x( C - d 3 )

% U = 100 (A x B - Pm ) / A x B