El doblado es un proceso de fabricación que produce una forma de V, de U o de canal a lo largo de un eje recto en materiales dúctiles , más comúnmente chapa metálica . [1] Los equipos que se utilizan comúnmente incluyen plegadoras de cajas y bandejas , prensas plegadoras y otras prensas de máquinas especializadas . Los productos típicos que se fabrican de esta manera son cajas como gabinetes eléctricos y conductos rectangulares .
En el conformado con prensa plegadora, la pieza de trabajo se coloca sobre un bloque de matriz y luego un punzón presiona la hoja en el bloque de matriz para formar una forma. [1] Por lo general, el doblado tiene que superar tanto las tensiones de tracción como las tensiones de compresión . Cuando se realiza el doblado, las tensiones residuales hacen que el material se deforme.La lámina recupera su posición original, por lo que debe doblarse demasiado para lograr el ángulo de curvatura adecuado. La cantidad de recuperación elástica depende del material y del tipo de conformado. Cuando se dobla una lámina de metal, se estira en longitud. Ladeducción por curvaturaes la cantidad que se estirará la lámina de metal cuando se doble, medida desde los bordes exteriores de la curva. Elradio de curvaturase refiere al radio interior. El radio de curvatura formado depende de las matrices utilizadas, las propiedades del material y el espesor del material.
El punzón en forma de U forma una U con un solo punzón. [1]
Existen tres tipos básicos de plegado en una prensa plegadora, cada uno de los cuales se define por la relación entre la posición de la herramienta final y el espesor del material. Estos tres tipos son el plegado por aire, el plegado por fondo y el plegado por acuñación. La configuración de las herramientas para estos tres tipos de plegado es casi idéntica. Una matriz con una herramienta de forma de riel largo con una punta redondeada que ubica el perfil interior del pliegue se denomina punzón. Los punzones suelen estar unidos al ariete de la máquina mediante abrazaderas y se mueven para producir la fuerza de plegado. Una matriz con una herramienta de forma de riel largo que tiene un canal longitudinal cóncavo o en forma de V que ubica el perfil exterior de la forma se denomina matriz. Las matrices suelen ser estacionarias y estar ubicadas debajo del material en la bancada de la máquina. Tenga en cuenta que algunas ubicaciones no diferencian entre los dos tipos diferentes de matrices (punzones y matrices). Los otros tipos de plegado enumerados utilizan herramientas o máquinas especialmente diseñadas para realizar el trabajo.
Este método de doblado forma el material presionando un punzón (también llamado matriz superior) sobre el material, lo que lo obliga a entrar en una matriz en V inferior, que está montada en la prensa. El punzón forma la curva de modo que la distancia entre el punzón y la pared lateral de la V sea mayor que el espesor del material (T).
Se puede utilizar una abertura cuadrada o en forma de V en la matriz inferior (las matrices se denominan frecuentemente herramientas o utillaje). Debido a que requiere menos fuerza de doblado, el doblado por aire tiende a utilizar herramientas más pequeñas que otros métodos.
Algunas de las herramientas inferiores más nuevas son ajustables, por lo que, al utilizar un único conjunto de herramientas superiores e inferiores y variar la profundidad de la carrera de prensado, se pueden producir diferentes perfiles y productos. Se pueden doblar diferentes materiales y espesores en distintos ángulos de doblado, lo que agrega la ventaja de la flexibilidad al doblado por aire. También hay menos cambios de herramientas, por lo tanto, mayor productividad. [2]
Una desventaja del plegado por aire es que, debido a que la lámina no permanece en contacto completo con las matrices, no es tan preciso como otros métodos y la profundidad del recorrido debe mantenerse muy exacta. Las variaciones en el espesor del material y el desgaste de las herramientas pueden provocar defectos en las piezas producidas. [2] Por lo tanto, es importante el uso de modelos de proceso adecuados. [3]
La precisión angular del plegado por aire es de aproximadamente ±0,5 grados. La precisión angular se garantiza aplicando un valor al ancho de la abertura en V, que varía de 6 T (seis veces el espesor del material) para láminas de hasta 3 mm de espesor a 12 T para láminas de más de 10 mm de espesor. La recuperación elástica depende de las propiedades del material, lo que influye en el ángulo de plegado resultante. [2]
Dependiendo de las propiedades del material, la lámina puede doblarse demasiado para compensar la recuperación elástica. [4]
El doblado por aire no requiere que la herramienta inferior tenga el mismo radio que el punzón. El radio de doblado está determinado por la elasticidad del material, no por la forma de la herramienta. [2]
La flexibilidad y el tonelaje relativamente bajo que requiere el doblado por aire contribuyen a que sea una opción popular. Los problemas de calidad asociados con este método se contrarrestan con sistemas de medición de ángulos, abrazaderas y sistemas de coronación ajustables a lo largo de los ejes x e y, y herramientas resistentes al desgaste. [2]
Las aproximaciones del factor K que se dan a continuación tienen más probabilidades de ser precisas para el doblado por aire que para otros tipos de doblado debido a las menores fuerzas involucradas en el proceso de formación.
En el doblado a fondo, la chapa se empuja contra la abertura en forma de V de la herramienta inferior. No se pueden utilizar aberturas en forma de U. Se deja espacio entre la chapa y la parte inferior de la abertura en forma de V. El ancho óptimo de la abertura en forma de V es de 6 T (T representa el espesor del material) para chapas de unos 3 mm de espesor, hasta unas 12 T para chapas de 12 mm de espesor. El radio de curvatura debe ser de al menos 0,8 T a 2 T para chapa de acero. Los radios de curvatura mayores requieren aproximadamente la misma fuerza para el doblado a fondo que para el doblado con aire, sin embargo, los radios menores requieren una fuerza mayor (hasta cinco veces más) que el doblado con aire. Las ventajas del doblado a fondo incluyen una mayor precisión y una menor recuperación elástica. Una desventaja es que se necesita un conjunto de herramientas diferente para cada ángulo de curvatura, espesor de chapa y material. En general, el doblado con aire es la técnica preferida. [2]
En el proceso de acuñación, la herramienta superior fuerza el material hacia la matriz inferior con una fuerza de 5 a 30 veces mayor que la del doblado con aire, lo que provoca una deformación permanente en la lámina. La recuperación elástica es mínima o nula. El proceso de acuñación puede producir un radio interior de tan solo 0,4 T, con un ancho de abertura en V de 5 T. Si bien el proceso de acuñación puede alcanzar una alta precisión, los costos más elevados implican que no se utiliza con frecuencia.
El plegado en tres puntos es un proceso más nuevo que utiliza una matriz con una herramienta inferior de altura ajustable, movida por un servomotor. La altura se puede ajustar con una precisión de 0,01 mm. Los ajustes entre el ariete y la herramienta superior se realizan utilizando un amortiguador hidráulico, que se adapta a las desviaciones en el espesor de la chapa. El plegado en tres puntos puede lograr ángulos de plegado con una precisión de 0,25 grados. Si bien el plegado en tres puntos permite una alta flexibilidad y precisión, también implica altos costos y hay menos herramientas disponibles. Se está utilizando principalmente en nichos de mercado de alto valor. [2]
En el plegado, las vigas de sujeción sujetan el lado más largo de la chapa. La viga se eleva y pliega la chapa alrededor de un perfil de plegado. La viga de plegado puede mover la chapa hacia arriba o hacia abajo, lo que permite la fabricación de piezas con ángulos de plegado positivos y negativos. El ángulo de plegado resultante está influenciado por el ángulo de plegado de la viga, la geometría de la herramienta y las propiedades del material. Se pueden manipular chapas grandes en este proceso, lo que hace que la operación sea fácilmente automatizada. Hay poco riesgo de dañar la superficie de la chapa. [2]
En el proceso de limpieza, se sujeta el extremo más largo de la hoja y luego la herramienta se mueve hacia arriba y hacia abajo, doblando la hoja alrededor del perfil de curvatura. Aunque es más rápido que el plegado, el proceso de limpieza tiene un mayor riesgo de producir rayones o dañar la hoja de alguna otra manera, porque la herramienta se mueve sobre la superficie de la hoja. El riesgo aumenta si se producen ángulos agudos. [2]
Este método generalmente consiste en acuñar o doblar el material para fijar el borde y ayudar a superar la recuperación elástica. En este método de doblado, el radio de la matriz inferior determina el radio de doblado final.
El plegado rotatorio es similar al plegado por frotado, pero la matriz superior está formada por un cilindro que gira libremente con la forma final cortada en él y una matriz inferior correspondiente. Al entrar en contacto con la chapa, el rodillo hace contacto en dos puntos y gira a medida que el proceso de formación dobla la chapa. Este método de plegado se considera típicamente un proceso de formación "sin marcas" adecuado para superficies prepintadas o que se estropean fácilmente. Este proceso de plegado puede producir ángulos mayores de 90° en un solo golpe en el proceso de plegado de prensa estándar.
El proceso de doblado por rodillos genera una curvatura en las piezas de trabajo en forma de barra o placa. Debe existir un margen de prepunzonado adecuado.
En este método, la matriz en V inferior se reemplaza por una almohadilla plana de uretano o caucho. A medida que el punzón forma la pieza, el uretano se desvía y permite que el material se forme alrededor del punzón. Este método de doblado tiene varias ventajas. El uretano envolverá el material alrededor del punzón y el radio de doblado final será muy cercano al radio real del punzón. Proporciona un doblado que no deja marcas y es adecuado para materiales prepintados o sensibles. Usando un punzón especial llamado regla de radio con áreas en relieve en el uretano, se pueden lograr doblados en U mayores de 180° en un solo golpe, algo que no es posible con las herramientas de prensado convencionales. Las herramientas de uretano deben considerarse un artículo consumible y, si bien no son baratas, son una fracción del costo del acero dedicado. También tiene algunas desventajas: este método requiere un tonelaje similar al de doblado y acuñado y no funciona bien en bridas que tienen una forma irregular, es decir, donde el borde de la brida doblada no es paralelo a la curva y es lo suficientemente corto para enganchar la almohadilla de uretano.
El doblado con movimiento , [5] también conocido como plegado con movimiento , es un proceso de doblado con desplazamiento en el que se forman dos curvas opuestas con ángulos iguales en una sola acción, creando un pequeño perfil de curvatura en forma de S y un desplazamiento entre la cara no doblada y el reborde resultante que normalmente es menor a 5 espesores de material. [6] A menudo, el desplazamiento será un espesor de material, para permitir una unión traslapada donde el borde de una hoja de material se coloca sobre la otra.
Existen muchas variantes de estas fórmulas que se encuentran disponibles en Internet. A menudo, puede parecer que estas variantes no coinciden entre sí, pero siempre son las mismas fórmulas simplificadas o combinadas. Lo que se presenta aquí son las fórmulas no simplificadas. Todas las fórmulas utilizan las siguientes claves:
La línea neutra (también llamada eje neutro ) es un perfil imaginario que se puede dibujar a través de una sección transversal de la pieza de trabajo que representa el lugar donde no hay tensión de tracción o compresión , pero las tensiones de corte son máximas. En la región de plegado, el material entre la línea neutra y el radio interior estará bajo compresión durante el plegado, mientras que el material entre la línea neutra y el radio exterior estará bajo tensión durante el plegado. Su ubicación en el material es una función de las fuerzas utilizadas para formar la pieza y la resistencia a la tracción y al rendimiento del material. Esta definición teórica también coincide con la definición geométrica del plano que representa la forma del patrón plano sin doblar dentro de la sección transversal de la pieza doblada. Además, la tolerancia de plegado (ver a continuación) en el plegado por aire depende principalmente del ancho de la abertura de la matriz inferior. [8] Como resultado, el proceso de plegado es más complicado de lo que parece a primera vista.
Tanto la deducción por curvatura como la tolerancia por curvatura representan la diferencia entre la línea neutra o el patrón plano sin curvar (la longitud requerida del material antes de la curvatura) y la curva formada. Al restarlas de la longitud combinada de ambas bridas se obtiene la longitud del patrón plano. La cuestión de cuál utilizar está determinada por el método de dimensionamiento utilizado para definir las bridas, como se muestra en los dos diagramas siguientes. La longitud del patrón plano siempre es más corta que la suma de todas las dimensiones de longitud de las bridas debido a la transformación geométrica. Esto da lugar a la perspectiva común de que ese material se estira durante la curvatura y la deducción por curvatura y la tolerancia por curvatura son la distancia que se estira cada curva. Si bien es una forma útil de verlo, un examen cuidadoso de las fórmulas y las tensiones involucradas demuestra que esto es falso.
La mayoría del software CAD de modelado de sólidos 3D tiene funciones de chapa metálica o complementos que realizan estos cálculos automáticamente. [9]
El margen de curvatura (BA) es la longitud del arco de la línea neutra entre los puntos tangentes de una curvatura en cualquier material. Al sumar la longitud de cada brida, tal como se dimensiona con B en el diagrama, al BA se obtiene la longitud del patrón plano. Esta fórmula de margen de curvatura se utiliza para determinar la longitud del patrón plano cuando una curvatura se dimensiona desde 1) el centro del radio, 2) un punto tangente del radio (B) o 3) el punto tangente exterior del radio en una curvatura en ángulo agudo (C). Cuando se dimensiona hasta la tangente exterior, se restan el espesor del material y el radio de curvatura para encontrar la dimensión hasta el punto tangente del radio antes de sumar el margen de curvatura.
La BA se puede estimar utilizando la siguiente fórmula, que incorpora el factor K empírico: [10]
La deducción de curvatura BD se define como la diferencia entre la suma de las longitudes de las bridas (desde el borde hasta el vértice) y la longitud plana inicial.
El retranqueo exterior (OSSB) es la longitud desde el punto tangente del radio hasta el vértice del exterior de la curva. La deducción por curvatura (BD) es el doble del retranqueo exterior menos la tolerancia por curvatura. BD se calcula utilizando la siguiente fórmula, donde A es el ángulo en radianes (=grados*π/180): [11]
Para curvas de 90 grados esta fórmula se puede simplificar a:
El factor K es una relación entre la ubicación de la línea neutra y el espesor del material, tal como se define por t/T, donde t = ubicación de la línea neutra y T = espesor del material. La fórmula del factor K no tiene en cuenta las tensiones de conformado, sino que es simplemente un cálculo geométrico de la ubicación de la línea neutra después de que se aplican las fuerzas y, por lo tanto, es la suma de todos los factores desconocidos (de error) para una configuración determinada. El factor K depende de muchas variables, incluido el material, el tipo de operación de doblado (acuñado, doblado a fondo, doblado con aire, etc.), las herramientas, etc., y normalmente está entre 0,3 y 0,5.
La siguiente ecuación relaciona el factor K con el margen de curvatura: [12]
La siguiente tabla es una "regla general". Los resultados reales pueden variar considerablemente.
La siguiente fórmula se puede utilizar en lugar de la tabla como una buena aproximación del factor K para la flexión por aire:
El plegado es un proceso rentable que permite obtener una forma casi neta cuando se utiliza para cantidades bajas o medias. Las piezas suelen ser ligeras y tener buenas propiedades mecánicas. Una desventaja es que algunas variantes del proceso son sensibles a las variaciones en las propiedades del material. Por ejemplo, las diferencias en la recuperación elástica tienen una influencia directa en el ángulo de plegado resultante. Para mitigar esto, se han desarrollado varios métodos de control durante el proceso. [13] Otros enfoques incluyen la combinación del plegado con el conformado incremental. [14]
En términos generales, cada curva se corresponde con una configuración (aunque a veces se pueden formar múltiples curvas simultáneamente). El número relativamente grande de configuraciones y los cambios geométricos durante el plegado hacen que sea difícil abordar las tolerancias y los errores de plegado a priori durante la planificación de la configuración, aunque se han realizado algunos intentos [15].
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