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TRATADO DE MATRICERÍA
Antonio Florit
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Aunque se han tomado todas las precauciones necesarias para asegurar la exactitud de las infor-maciones proporcionadas en este libro, ni el autor ni el editor pueden ser considerados responsablesde las consecuencias derivadas de informaciones incorrectas o mal presentadas, así como tampocode omisiones o errores que se hubieran podido producir en la realización de este libro.
No se permite la reproducción total o parcial de este libro, ni el registro en un sistema informático,ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico,por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titularesdel copyright.
Diseño de cubierta y maquetación de la obra: TECNOFISIS GLOBAL, S.L.Imagen de portada y contraportada: Quantech ATZ
DERECHOS RESERVADOS:© de la obra: Antonio Florit Sans© 2008 para la presente edición en español: TECNOFISIS GLOBAL, S.L. C/ Arquitecto Calzada, 1, 3º 1ª – (08940) Cornellà del Llobregat, Barcelonawww.tecnofisis.comemail: [email protected]
ISBN: 978-84-612-688-7Depósito Legal: Z-3778-2008
Impresión: INO REPRODUCCIONES, ZaragozaImpreso en España – Printed in Spain
1 Matricería
2 Fundamentos de corte
3 Características constructivas
de las matrices de corte
4 Procedimientos de conformado de la chapa
5 Doblado
6 Embutición
7 Materiales de construcción de los útiles
de conformado y su tratamiento
8 Repulsado
11
80
148
264
268
394
580
604
Sumario
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Es para mí una gran satisfacción el poder ofrecerles este “Tratado de Matricería”, cuya ini-ciativa surgió en un intento de paliar la falta de recursos didácticos y de contenidos técnicosactualizados en lo que a esta rama de la Mecánica se refiere.
Debo reconocer no obstante que, cuando uno decide emprender un proyecto de estaenvergadura, quizás no es totalmente consciente de la enorme labor que representa la reco-pilación y la selección de material, así como el ensayo de los numerosos ejercicios que en laobra se exponen a modo de ilustración o demostración. Desde un principio y en este aspecto,cabe decir que mi trabajo se vió alentado por el apoyo de numerosas personas y entidades afi-nes a la profesión que, conocedoras del vacío en cuanto a información técnica actualizada serefiere, me animaron en todo momento a continuar, aportando ideas y depositando en mí y enmi proyecto su máxima confianza, tanto personal como profesionalmente.
La preparación de este libro, pensado como una obra de consulta para empresarios delsector y profesionales de industrias afines, profesores técnicos de Formación Profesional, pro-yectistas, mandos intermedios, oficiales ajustadores y aprendices matriceros, y también comoun recurso valioso para el aprendizaje de los estudiantes de Formación Profesional, ha sido lle-vada a cabo contando con las últimas innovaciones tecnológicas en cuanto a los procesos dedeformación de la chapa se refiere. De ese modo, sus contenidos han sido desarrollados desdeuna perspectiva completamente renovada y con una exposición minuciosa de las nuevas téc-nicas de diseño, construcción y fabricación más avanzadas, teniendo en cuenta el uso de nue-vos materiales y la aplicación de recubrimientos de mejores prestaciones, así como el empleode novedosos sistemas y elementos normalizados. Todo ello sin perder de vista los procedi-mientos de trabajo convencionales, no menos rigurosos e importantes, y aún insustituíbles ennumerosos procesos productivos.
Ahora, con la ilusión que supone sacar a la luz una nuevo título y con la convicción másabsoluta de su razón de ser, quisiera invitar desde estas líneas a la lectura y práctica de estaobra, especialmente a los nuevos aprendices de taller, a los estudiantes de FormaciónProfesional y también a todos aquellos que quieran adentrarse en este ámbito tan interesan-te como competitivo, y que tanta proyección de futuro ofrece, para que dentro de un tiempopodamos hablar de nuevos valores y mejores profesionales del oficio.
El autor
Presentación
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Tratado de Matricería394
6.1 Definición y descripción del proceso de embutición
Generalidades
La embutición es un proceso de matricería que consiste en la fabricación de piezas reci-pientes por la deformación en frío de una chapa plana o formato. Esta técnica de conforma-do solamente es aplicable a los materiales metálicos, y se basa en la plasticidad de dichosmateriales y en su facilidad de fluencia y adaptación a las formas de los útiles, para conseguirinfinidad de productos de cierta capacidad o volumen.
El procedimiento de embutición trata de obtener formas recipientes únicamente por defor-mación del material y no por estirado del mismo. De este modo, se puede afirmar que la embu-tición ideal es aquella en la cual la chapa es capaz de conservar su espesor inicial o de forma-
6. Embutición
La embutición es un procedimiento
de conformado que aprovecha la
capacidad de fluencia de algunos
materiales metálicos para
conseguir piezas
recipientes a partir
de una chapa
o formato plano.
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to, una vez que ha sido sometida a la deformaciónpropia del proceso. En la inmensa mayoría de loscasos no ocurre así, pues, como veremos más ade-lante, los esfuerzos producidos durante el procesohacen que la chapa experimente algunas variacionesrespecto a su espesor inicial.
La embutición de la chapa se realiza medianteunos utillajes de construcción similar a las matricescorte. La principal diferencia que existe radica en laforma redondeada y perfectamente pulida de lasaristas de los elementos activos, cuya finalidad esfacilitar el deslizamiento del material entre amboselementos.
Los espesores de chapa que se pueden embutiroscilan entre unas pocas décimas y unos veinte milí-metros, dependiendo, claro está, de la aplicación quese va a dar a los productos fabricados. Por poner unejemplo, en el sector del automóvil se utilizan cha-pas cuyo espesor ronda los 0,8 mm para piezas depanelería. En cambio, en el campo de la calderería resulta, habitual la embutición de espeso-res superiores a los 5 mm. En cualquier caso, y dada la multitud de productos que puedenfabricarse mediante este procedimiento, la embutición es considerada como uno de los proce-sos más importantes dentro del ámbito de la deformación en frío de la chapa.
Embutición 395
Diversas piezas embutidas.
Punzón y matriz de un utillaje de embutición.
La práctica de unos radios adecuados y
convenientemente pulidos en los elementos
activos del útil facilitan el deslizamiento
suave de la chapa entre dichos elementos.
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Descripción de los procesos de embutición
El desarrollo de un procedimiento de embutición presenta la mayoría de las veces unaserie de dificultades añadidas respecto a otros procesos, porque la deformación sufrida por lachapa en el transcurso de la operación supone grandes desplamientos moleculares en elmaterial conformado. Los esfuerzos de estiramiento y de compresión de la chapa en las zonascríticas de una embutición son mucho más acusados que en otros procesos, dando lugar, ennumerosas ocasiones, a la formación de arrugas, pliegues y roturas.
El uso de pisadores o sujetachapas en los procesos de embutición disminuye o elimina losproblemas derivados de tales deformaciones, aunque, en algunos casos, el conformado de lachapa puede realizarse sin la ayuda de estos elementos. En estas circunstancias, el utillajeestá formado únicamente por un punzón y una matriz, aparte de los elementos de base y desujeción de ambos. El proceso de embutición en el cual no interviene ningún elemento de pisa-do del material se denomina “embutición de simple efecto” y, en él, la superficie de la chapapermanece libre hasta que no se produce la embutición.
Para conocer con anterioridad a la ejecución de un proyecto de embutición si resultará via-ble sin llevar a cabo el pisado de la chapa, es suficiente con observar que se cumple la siguien-te relación:
siendo (d) el diámetro de la pieza embutida obtenido sobre su fibra neutra, y (D) el diáme-tro del desarrollo o formato inicial, ambos términos expresados en mm.
Tratado de Matricería396
Utillajes empleados para
la embutición de una
misma pieza, sin (izda.)
y con pisado de
la chapa (dcha.).
d
D0,8≥
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* Con objeto de homologar criterios sobre la determinación de desarrollos de las piezasembutidas, y para evitar confusiones al respecto, el cálculo y la resolución de los ejerciciosde este tema han sido realizados sobre la fibra neutra (x) de la chapa, tomando como valorúnico: x = 0,5 · e
Del mismo modo, todos los ejemplos expuestos hacen referencia a la embutición de piezasde revolución (tanto los textos como las imágenes), salvo excepciones donde se exprese locontrario.
Embutición sin pisado de la chapa
Los procesos de embutición de simple efecto o sin pisado de la chapa se llevan a cabomediante útiles de construcción sencilla, que constan únicamente de un punzón y de unamatriz, sujeta sobre una base, para su fijación a la prensa. El centraje del formato sobre el uti-llaje se realiza con la ayuda de una plantilla o de unos topes, a conveniencia. La embuticiónsin pisado de la chapa se sucede según las siguientes fases (ver página 398):
En su posición de reposo, la parte móvil del utillaje se encuentra en el punto muerto supe-rior (PMS) de la máquina. La chapa a conformar se coloca centrada sobre la matriz, que sehalla sujeta a la mesa de la prensa (SSeeccuueenncciiaa 11).
Cuando la máquina es accionada, el cabezal de la prensa inicia su descenso y el punzónentra en contacto con el formato a embutir (SSeeccuueenncciiaa 22).
El avance del cabezal de la máquina continúa y, una vez que ha sido vencida la resistenciade la chapa, ésta comienza a deslizarse entre el punzón y la matriz. Cuando la parte móvil dela herramienta llegue al punto muerto inferior de su carrera (PMI), la chapa habrá adoptado laforma definitiva (SSeeccuueenncciiaa 33).
En su última fase, el cabezal de la prensa retorna a su posición inicial y la pieza queda libe-rada del punzón por el tope de su sección contra la arista inferior de la vida de la matriz.Cuando la parte móvil alcance el punto muerto superior (PMS), la prensa estará preparadapara realizar un nuevo ciclo (SSeeccuueenncciiaa 44).
Embutición con pisado de la chapa
Como en otras operaciones de matrizado, la sujeción del material durante el desarrollode un proceso de embutición juega un papel muy importante en la obtención de productos deelevada calidad.
Embutición 397
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Tratado de Matricería398
Secuencias de un proceso de embutición sin pisado de la chapa.
Secuencia 1 Secuencia 2
Secuencia 3 Secuencia 4
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En los procedimientos de embutición con pisado de la chapa los utillajes están dotados deun sistema elástico que permite sujetar el material a conformar, manteniéndolo inmovilizadoen todo momento. Además, el uso de un pisador permite el guiado de los punzones en todasu longitud, evitando alineaciones defectuosas a causa de pandeos u holguras. En consecuen-cia, dichos procedimientos son los más utilizados en el ámbito del conformado de la chapa.
Las fases de un proceso de embutición con pisado de la chapa, son las siguientes (verpágina 4000):
Del mismo modo que ocurre en otras operaciones, una vez montada la matriz en la pren-sa y estando en su posición de reposo o punto muerto superior (PMS), la chapa a embutir secentra en la matriz, según los elementos dispuestos a tal efecto (SSeeccuueenncciiaa 11).
Cuando la máquina es accionada, el cabezal comienza su carrera de descenso y el pisadorhace contacto sobre la chapa, cediendo en el momento en que la fuerza de la prensa superala presión ejercida por los elementos elásticos del útil (SSeeccuueenncciiaa 22).
La parte móvil del utillaje continúa bajando y el punzón inicia la embutición de la chapa,obligándola a fluir entre éste y la matriz (SSeeccuueenncciiaa 33).
Cuando la prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzón se halla alojado dentrode la matriz y la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva (SSeeccuueenncciiaa 44).
En la última fase del proceso, el cabezal de la prensa vuelve a su posición inicial. En loscasos en que una parte de la superficie de la chapa no deba ser embutida, es liberada por elpisador en el instante inmediato en que el punzón se esconde, por ausencia de presión sobrela parte móvil del utillaje. En tales circunstancias, la evacuación de las piezas se realiza por laparte superior de la matriz. Si, por el contrario, la superficie del formato debe ser embutidoíntegramente, el desalojo de las piezas se efectúa gracias al agujero practicado a tal efecto enla parte fija del útil (SSeeccuueenncciiaa 55).
Al llegar a la posición de reposo o punto muerto superior (PMS), la prensa está lista parainiciar un nuevo ciclo, previamente retirada la pieza embutida (SSeeccuueenncciiaa 66).
En el ámbito de la troquelería pesada, y también en el de conformado de piezas de tama-ño medio, los procedimientos de embutición con pisado de la chapa se desarrollan de mododiferente, la concepción de los troqueles, las fuerzas que actúan sobre ellos y el sistema defuncionamiento de las prensas son también distintos.
La técnica consiste en “invertir” la posición del útil sobre la prensa, y es utilizada básica-mente en los procesos de embutición de piezas para el sector del automóvil, aunque tambiéntiene numerosas aplicaciones en otros sectores del conformado de la chapa. De ese modo, lamatriz de embutir se halla situada en la parte superior de la máquina, solidaria con el carro omaza, mientras que el punzón de conformado y el pisador se disponen sobre la mesa, en laparte inferior de la prensa.
Embutición 399
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Tratado de Matricería400
Secuencias de un proceso de embutición con pisado de la chapa.
Secuencia 1 Secuencia 2
Secuencia 3 Secuencia 4
Secuencia 5 Secuencia 6
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Considerando el tamaño de los formatos, su área de pisado y la magnitud de los esfuer-zos solicitados para llevar a cabo tal acción, es obvio que el sistema de pisado de la chapa enlos troqueles no puede estar constituído por simples elementos elásticos. En estos casos, lafuerza necesaria para efectuar el pisado de la chapa se obtiene gracias a uno o varios coji-nes neumáticos, que, convenientemente dispuestos bajo la mesa de la prensa y medianteunos pernos de presión, tienen la capacidad de transmitir los esfuerzos requeridos (ver página67 del capítulo 1).
La ventaja principal de los cojines neumáticos reside en su capacidad de regulación y con-trol, pudiéndose modificar los valores de los esfuerzos transmitidos, en función de las carac-terísticas físicas del material a conformar y también de otros parámetros que intervienen enel proceso. Cabe decir que esta misma ventaja puede suponer un inconveniente, si el procesoloea desarrolla un operario inexperto.
Las fases de un proceso de embutición llevado a cabo mediante un troquel de estas carac-terísticas son las siguientes:
En su fase inicial, la matriz está sujeta al carro o maza de la prensa, en su posición de repo-so o punto muerto superior (PMS). El formato a embutir se centra sobre el pisador, cuyo planode trabajo se halla a un nivel ligeramente superior al del punzón de conformado, gracias a laacción de los pernos de presión (SSeeccuueenncciiaa 11).
Cuando se acciona la prens es accionada, la maza inicia su carrera de descenso y la matrizhace contacto sobre el formato. El pisador comenzará a ceder en el momento en que la fuer-za de la maza supere la presión ejercida por los cojines, iniciándose así la embutición de lachapa (SSeeccuueenncciiaa 22).
Embutición 401
Troquel de embutir.
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La matriz continúa bajando, obligando el material a fluir entre ésta y el punzón. Cuandola prensa llega a su punto muerto inferior (PMI), el punzón se halla alojado dentro de la matrizy la chapa ha sido conformada, adoptando la forma definitiva. En esta fase, el pisador seencuentra retraído por la presión ejercida sobre él por parte de la matriz (SSeeccuueenncciiaa 33).
En la última fase del proceso, el carro de la prensa vuelve a su posición inicial. Conformela matriz deja de presionar el pisador, éste sube por acción de los pernos de presión. La piezaembutida es extraída del punzón, liberándose completamente en el instante inmediato en queel pisador alcanza el final de su carrera y la matriz deja de hacer contacto sobre el mismo. Alllegar a su punto muerto superior (PMS), la prensa está lista para iniciar un nuevo ciclo, pre-viamente retirada la pieza embutida (SSeeccuueenncciiaa 44).
Tratado de Matricería402
Secuencias de un proceso de embutición con pisado de la chapa mediante cojín neumático.
Al no formar parte del utillaje, este último elemento no se halla representado en la figura,
debiéndo sesuponer su posición bajo los pernos de presión o candelas.
Secuencia 1 Secuencia 2
Secuencia 3 Secuencia 4
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Otro sistema flotante utilizado entroquelería pesada para el pisado de lachapa, es aquél en que los cojines neu-máticos son sustituídos por cilindros degas. Los cilindros de gas son unos ele-mentos homologados, de cuerpo cilín-drico y hueco, aunque compacto, queconstan de un vástago dotado de unémbolo en uno de sus extremos. En elinterior de los cilindros, se dispone unacarga de gas nitrógeno (N) a una pre-sión determinada por el fabricante, lacual produce una fuerza de reacciónsobre el émbolo de sus vástagos. Estafuerza es aprovechada como elementoelástico o de recuperación en los siste-mas de pisado de los troqueles.
La secuencia de trabajo de un troquel de embutición equipado con cilindros de gas en susistema de pisado es idéntica a la secuencia de trabajo de un troquel con un sistema flotanteformado por cojines neumáticos.
Embutición 403
Los cilindros de gas se utilizan en troquelería como
elementos elásticos de los sistemas flotantes de pisado para
la transmisión de grandes esfuerzos de carrera larga y
baja cadencia en espacios reducidos.
Cilindros de gas seccionados.
Por cortesía de Normalizados Fibro GmbH.
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Fenómenos producidos en las piezas por la embutición
de la chapa
Como se ha comentado anteriormente, en el transcurso de un proceso de embutición seoriginan grandes desplamientos moleculares en el material conformado.
Tratado de Matricería404
Posiciones de reposo y de trabajo de un troquel
dotado con cilindros de gas en su sistema de pisado.
Ejemplo de montaje de unos cilindros
de gas en un troquel.
Formato o disco inicial y pieza embutida.
Placa de presión
con amortiguación
Partesuperior
del útil
Pisador de chapa
Placa depresión con
amotiguación
Muelle de gas
Parte inferior del útil
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Sabiendo que el formato o disco inicial de la chapa tiene la misma masa que el de la piezauna vez conformada, si no se produjeran tales desplazamientos moleculares, podríamos supo-ner que la superficie de dicho formato o disco inicial (S) debería de ser idéntica a la superfi-cie (S’) de la misma pieza embutida. Es decir que si:
siendo:
(S) la superficie del formato plano odisco inicial.
(S’) la superficie equivalente de lapieza embutida.
(R) el radio del formato plano.
(r) el radio de la base de la piezaembutida.
(h) la altura de la misma pieza embutida.
No obstante, la ecuación anterior noes del todo precisa, porque la fluencia delpropio material genera el estiramiento ysu compresión en determinadas zonascríticas. La imposibilidad de obtener elformato inicial a partir del procedimientoinverso a la embutición es la pruebapatente de los desplazamientos molecula-res producidos, los cuales suelen darlugar a una serie de fenómenos quehabrán de tenerse en cuenta para conse-guir una producción óptima y de calidad.
Embutición 405
S= · R , y que S’= · r +2 · · r2 2π π π · h
y comoS=S’
entoncestenemosque: ·π R = · r +2 · · r · h2 2π π
Descomposición por sectores de la superficie de una
pieza embutida. El abatimiento de los sectores sobre
el plano de la base pone de manifiesto el
desplazamiento molecular sufrido por la chapa
durante el proceso.
Los esfuerzos de tracción (de sentido radial) y
los esfuerzos de compresión (de sentido
tangencial) que se han originado sobre la chapa
nos indican cuál es el verdadero comportamiento
del material en un proceso de embutición.
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La formación de una serie de pliegues oarrugas es el primer fenómeno que se produ-ce en los procesos de conformado, como con-secuencia de la reducción del diámetro delformato al diámetro de la pieza a embutir.Como es obvio, la formación de arrugas serámás o menos acusada en función de la reduc-ción del diámetro. Por término medio, ydependiendo de las características de lachapa a embutir, se estima que el formato ini-cial puede ser reducido en un 40 % de su diá-metro, en una primera operación.
Tratado de Matricería406
Obsérvese la deformación virtual de la
cuadrícula, donde se revelan los puntos
críticos del proceso.
Por cortesía de Quantech ATZ.
El mallado equidistante de un formato para su
posterior embutición nos demostrará la fluencia
del material que se produce durante la operación
de conformado.
El primer efecto que se genera
en un proceso de embutición es
la formación de arrugas.
Por cortesía de Matriçats, s.l.
Mallado sobre una pieza de chapa y principio
de formación de pliegues y arrugas.
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La aplicación de un pisador disminuye la formación de los pliegues o arrugas. Cuando eldiámetro del formato deba ser reducido en más de un 20 % de su valor, será imprescindibleel desarrollo del proceso con la ayuda de dicho pisador.
* Los coeficientes de reducción expresados en esta tabla son valores medios y dependen de lacomposición propia de cada material y de su índice de acritud, por lo cual, su exposición es meramenteorientativa. Los proveedores de material suelen disponer de datos más precisos, a los cuales esconveniente remitirse cuando la ocasión lo requiera.
Embutición 407
CCooeeffiicciieenntteess ddee rreedduucccciióónn aaddmmiissiibblleess ppaarraa ddiiffeerreenntteess ccllaasseess ddee cchhaappaa
MMaatteerriiaall RReedduucccciióónn iinniicciiaall ((KK11)) RReedduucccciioonneess ssuucceessiivvaass ((KK22))
Acero 0,60 0,80
Acero especial para embutir 0,55 a 0,60 0,75 a 0,80
Acero inoxidable 0,60 0,80 a 0,85
Aluminio 0,55 0,80
Cobre 0,50 a 0,55 0,75
Zinc 0,70 0,85 a 0,90
Duraluminio 0,60 0,90
Latón 0,52 a 0,55 0,75 a 0,80
Secuencias de embutición de una chapa sin pisado. Siempre y cuando no se sobrepasen los valores
recomendados, el paso forzado del material entre el punzón y la matriz hará que las arrugas vayan
desapareciendo conforme se desarrolla la operación.
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Tratado de Matricería408
En muchas ocasiones, resulta
imposible obtener la pieza en una
sola fase de conformado, con lo
cual, su geometría final se
consigue mediante la consecución
de distintas etapas.
Por cortesía de Transmac Rubí, s.l.
Otra secuencia de embuticiones sucesivas para obtener un casquillo de acero inoxidable.
Por cortesía de Matriçats, s.l.
Como se ha comentado anteriormente, se parte del concepto que la embutición ideal esaquella en la cual la chapa es capaz de conservar su espesor inicial o de formato, una vez queha sido sometida a la deformación propia del proceso.
La realidad, no obstante, es bien distinta, porque los esfuerzos de tracción y de compre-sión producidos por los elementos del utillaje sobre el material durante el proceso de embuti-ción generan, entre otros efectos, diversas variaciones en su espesor. Algunos de los factoresque influyen notablemente en este fenómeno son:
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– Las características del material, entre las cuales cabe destacar su índice de acritud, suespesor y su rugosidad superficial.
– Las características de los elementos activos del utillaje, tales como la forma del punzón, elvalor del radio de la matriz y la rugosidad de las superficies de trabajo de ambos elementos.
– Las características de la pieza a embutir, entre ellas, la relación entre el diámetro delformato, el diámetro de la pieza y su espesor, la formación de volúmenes embutidos dedistinto diámetro, el conformado de aristas y los valores de los radios en la pieza.
– Las condiciones de trabajo: el desarrollo del proceso en una o varias fases, la ausenciao la presencia de pisado de la chapa, la fuerza realizada en dicha operación, la superfi-cie pisada y, por último, la lubricación de la chapa. En determinados procesos de embu-tición de piezas de gran tamaño, habrá que tener en cuenta, incluso, la cadencia de tra-bajo del utillaje. El calor originado por la fricción entre los elementos activos y la chapadeformada durante el proceso, es la causa de dilataciones nada despreciables en pun-zones y matrices, lo cual disminuye la holgura entre ambos elementos, con el conse-cuente aumento de estirado de la chapa.
Salvo en los casos en que la pieza deba mantener una geometría determinada, la embuti-ción de una chapa puede ser realizada mediante punzones de fondo plano o de fondo semies-férico. Estamos hablando, lógicamente, de aquellos procesos en los que el producto final seconsigue después de llevar a cabo una serie de fases de embutido, en las cuales se obtienenotras tantas piezas de geometría provisional.
El uso de punzones de fondo plano significa, mayoritariamente, un adelgazamiento delespesor de la pieza en torno a su radio de arista. Esto sucede por el esfuerzo de tracción quese produce sobre la chapa embutida, el cual se halla localizado fundamentalmente sobre elradio del punzón. La disminución del espesor de material es mayor conforme los valores delos radios son más pequeños, pudiendo llegar, incluso, a la rotura de la chapa en caso que sesobrepasa su límite de embutidura. No obstante, en la base de la pieza embutida no se produ-ce prácticamente ninguna variación de espesor, lo cual es conveniente conocer para su apli-cación en determinados sectores productivos.
Por otra parte, el uso de punzones de fondo semiesférico origina mayores estiramientos,porque la tracción generada por el punzón sobre la chapa se realiza, principalmente, sobre lasuperficie libre del casquete esférico. De ese modo, las piezas suelen experimentar mayoresvariaciones de espesor, aunque no tan localizadas.
En las piezas cuyo formato no es embutido en su totalidad, manteniéndose una pestañao ala sin conformar, sucede que el material se repliega durante la fase de formación dearrugas y no llega a fluir entre los elementos activos de la herramienta. Este hecho no seríatrascendente si no fuera porque, en algunos casos, dicho repliegue suele provocar un lige-ro aumento del espesor inicial de la chapa. En estas circunstancias no es extraño, pues, que,al realizar una medición sobre la pestaña sin conformar, su valor sea mayor al valor inicialdel formato.
Embutición 409
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Tratado de Matricería410
Puntos críticos relacionados con la variación de espesor que se produce en las piezas embutidas.
En las piezas de fondo plano (piezas A y B) existe una zona en donde no se produce variación alguna
en el espesor de la chapa, porque se halla libre de tensiones.
Esta zona abarca un diámetro equivalente a las 2/3 partes de la base de la pieza embutida.
* (Los porcentajes acotados en las figuras son valores medios experimentales que pueden variar en
función de la naturaleza de material, de su composición, de su índice de acritud, de la geometría de las
herramientas y de otros factores relacionados con el proceso de fabricación, como, por ejemplo, la
forma de lubricación de la chapa).
pieza A pieza B
pieza C
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Matricería 411
1 Matricería
1.1 Introducción a la matricería. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
– Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
– Comparación de métodos. Ventajas y desventajas de la matricería . . . . . . 12
– Antecedentes y situación actual de la industria matricera . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Procedimientos de transformación de la chapa . . . . . . . . 17
– Definición de conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 Medios de transformación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
– ¿Qué es una prensa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
– Clasificación, nomenclatura, funcionamiento y despiece de matrices . . . . . . . 27
– Prensas. Clasificación, nomenclatura y despiece . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
– Normas generales de seguridad e higiene a observar 74en los trabajos de matricería. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
INDICE
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Tratado de Matricería412
2 Fundamentos de corte
2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.2 Definición y descripción del proceso de corte . . . . . . . . . 81
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
– Descripción de un proceso de corte con pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . 81
– Fenómenos que se manifiestan durante el corte de la chapa . . . . . . . . . . . . . 83
– Efectos producidos en la pieza por el corte de la chapa. . . . . . . . . . . . . . . . . 83
– Fuerzas desarrolladas durante el corte de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
– Franquicia de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
– Defectos producidos en la pieza por el corte de la chapa. . . . . . . . . . . . . . . . 97
– Disposición de piezas sobre la chapa. Optimización (Nesting) . . . . . . . . . . . . 99
– Estudio económico de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.3 Otros procedimientos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
– Cizallado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116– Punzonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122– Muescado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125– Recortado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126– Recalcado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128– Corte interrumpido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129– Corte fino o corte de precisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130– Corte y punzonado de tubos y varillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
2.4 Prensas utilizadas en los procesos de corte . . . . . . . . . . 142
– Particularidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
– Seguridad en las prensas y herramientas utilizadasen los procesos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
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Matricería 413
3 Características constructivas
de las matrices de corte
3.1 Componentes de matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
– Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
– Particularidades técnicas y constructivas de las matrices de corte . . . . . . . . . 148
– Materiales de construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
– Tratamientos térmicos, tratamientos termoquímicos y recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
3.2 Normalizados para Matricería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
– Elementos de soporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
– Elementos de guía y deslizamiento y elementos de rodadura . . . . . . . . . . . . . 219
– Elementos de fijación y elementos de posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
– Elementos activos o de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
– Elementos elásticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
– Elementos de sujeción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
– Elementos de transporte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
4 Procedimientos de conformado de la chapa
4.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
4.2 Clasificación de los procedimientos
de conformado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
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5 Doblado
5.1 Definición, clasificación y descripción
de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
– Clasificación de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
– Descripción de los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
– Fenómenos producidos en las piezas por el doblado de la chapa . . . . . . . . . 279
– Radios de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
– Determinación de la fibra neutra y cálculo del desarrollo de una pieza . . . . . . 282
– Recuperación elástica de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
– Fuerza de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
– Fuerza de pisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
– Holgura entre punzón y matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
– Causas y defectos producidos en las piezas por el doblado de la chapa . . . . 300
5.2 Utillajes de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
– Clasificación, nomenclatura, funcionamiento y despiece de las matrices de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
– Particularidades técnicas y constructivas de los utillajes de doblado . . . . . . . 336
– Elementos normalizados utilizados en los utillajes de doblado . . . . . . . . . . . . 350
5.3 Prensas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . 355
– Particularidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355
– Seguridad en las prensas y herramientas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
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Matricería 415
5.4 Doblado en prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
– Características principales de las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
– Herramientas y utillajes accesorios empleados en las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
– Métodos de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
– Seguridad en las prensas plegadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
5.5 Otras máquinas utilizadas en los procesos de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
– Máquinas conformadoras de esquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
– Máquinas curvadoras o cilindros de curvado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
– Máquinas de engrapar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
– Trenes de perfilado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
– Seguridad en las máquinas utilizadas en los procesos de doblado. . . . . . . . . 388
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
6 Embutición
6.1 Definición y descripción del proceso de embutición. . . . . 394
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394– Descripción de los procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396– Embutición sin pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397– Embutición con pisado de la chapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397– Fenómenos producidos en la pieza por la embutición de la chapa . . . . . . . . . 404– Radios de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411– Fuerza de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413– Fuerza de pisado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415– Holgura entre punzón y matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416– Lubricación empleada en los procesos de conformado de la chapa. . . . . . . . 417– Causas y defectos producidos en las piezas embutidas . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
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Tratado de Matricería416
6.2 Determinación de la fibra neutra
y cálculo del desarrollo de una pieza . . . . . . . . . . . . . . . . 434
– Desarrollo del formato de una pieza mediante
determinación matemática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
– Desarrollo del formato de una pieza mediante
determinación gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
– Cálculo de embuticiones sucesivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
6.3 Estudio, diseño y simulación computerizada
de procesos (CAE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
– Métodos de simulación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
– Comparación de métodos y conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
6.4 Procedimientos de embutición y medios
de transformación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
– Clasificación, nomenclatura y funcionamiento de las matrices de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
– Prensas utilizadas en los procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
– Seguridad en las máquinas y herramientas utilizadas en los procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
6.5 Particularidades técnicas y constructivas
de las matrices y troqueles de embutición . . . . . . . . . . . . 516
– Componentes de las matrices y troqueles de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . 516
– Elementos normalizados utilizados en los utillajes de embutición . . . . . . . . . . 535
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6.6 - Otros procesos de embutición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
– Abocardado o embutición de pestañas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
– Bordonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
– Abombado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
– Hidroconformado o hydroforming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
– Reducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
– Engrapado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
– Extrusión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
7 Materiales de construcción de los útiles de conformado y su tratamiento
7.1 Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
7.2 Materiales de construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
– Aceros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
– Metal duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
– Elastómeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
7.3 Tratamientos térmicos, tratamientos termoquímicos
y recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
– Tratamientos térmicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
– Tratamientos termoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
– Recubrimiento de superficies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
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Tratado de Matricería418
8 Repulsado
8.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
8.2 Definición y descripción del proceso de repulsado . . . . . 605
– Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
– Descripción de un proceso de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
– Efectos producidos en la pieza por el repulsado de la chapa . . . . . . . . . . . . . 608
8.3 Medios de transformación en los procesos de repulsado. . . 609
– Máquinas y herramientas utilizadas en los procesos de repulsado . . . . . . . . . 609
– Accesorios utilizados en los procesos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610
8.4 Procedimientos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
– Laminaciones cónicas rectas, cóncavas y convexas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
– Fluotorneado o laminado cilíndrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
– Entallado o reducido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
– Lubricación de los procesos de repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
– Operaciones y trabajos de repulsado en caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
8.5 Características constructivas
de las herramientas de repulsado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630
– Particularidades técnicas y constructivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630
– Materiales de construcción, tratamientos térmicos y tratamientos termoquímicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
– Preguntas de repaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
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