El estampado (también conocido como prensado ) es el proceso de colocar láminas de metal planas, ya sea en blanco o en forma de bobina, en una prensa de estampado donde una herramienta y una superficie de troquel dan forma neta al metal. El estampado incluye una variedad de procesos de fabricación de conformado de láminas metálicas, como el punzonado utilizando una máquina prensa o una prensa de estampado , corte, estampado, doblado, bridado y acuñación. [1] Esta podría ser una operación de una sola etapa en la que cada golpe de la prensa produce la forma deseada en la pieza de chapa, o podría ocurrir a través de una serie de etapas. El proceso se suele realizar sobre chapa , pero también se puede utilizar sobre otros materiales, como el poliestireno . Las matrices progresivas se alimentan comúnmente desde una bobina de acero, un carrete de bobina para desenrollar la bobina a una enderezadora para nivelar la bobina y luego a un alimentador que hace avanzar el material hacia la prensa y la matriz a una longitud de alimentación predeterminada. Dependiendo de la complejidad de la pieza, se puede determinar el número de estaciones en la matriz.
El estampado se suele realizar sobre chapa metálica en frío. Consulte Forja para conocer las operaciones de conformado de metales en caliente.
Se cree que las primeras monedas fueron acuñadas por los lidios en lo que hoy es Turquía en el siglo VII a. C. Hasta 1550, el método de martillado de las monedas siguió siendo el principal método de fabricación de monedas. Marx Schwab en Alemania desarrolló un nuevo proceso de estampado que involucraba hasta 12 hombres girando una gran rueda para prensar el metal y convertirlo en monedas. En la década de 1880, se innovó aún más el proceso de estampado. [2]
En la década de 1880 se utilizaron piezas estampadas para bicicletas producidas en masa. El estampado reemplazó la forja y el mecanizado, lo que resultó en una gran reducción de costos. Aunque no eran tan resistentes como las piezas forjadas, eran de bastante buena calidad. [3]
En 1890 se importaban piezas de bicicletas estampadas de Alemania a los Estados Unidos. Luego, las empresas estadounidenses comenzaron a fabricar máquinas de estampado a medida por fabricantes de máquinas herramienta estadounidenses. Gracias a la investigación y el desarrollo, Western Wheel pudo estampar la mayoría de las piezas de bicicletas. [4]
Varios fabricantes de automóviles adoptaron el estampado de piezas. Henry Ford se resistió a las recomendaciones de sus ingenieros de utilizar piezas estampadas, pero cuando su empresa no pudo satisfacer la demanda con piezas forjadas, Ford se vio obligado a utilizar el estampado. [5]
A lo largo de la historia del estampado, la forja y la embutición profunda de metales, las prensas de todo tipo son la columna vertebral de la fabricación de metales. Los procesos continúan mejorando al mover más metal en una sola pasada de prensa. Las prensas y los dispositivos de automatización interconectados aumentan las tasas de producción, reducen los costos laborales y brindan más seguridad a los trabajadores.
La perforación y el corte también se pueden realizar en prensas de estampado. El estampado progresivo es una combinación de los métodos anteriores realizado con un conjunto de matrices en fila a través de las cuales pasa una tira del material paso a paso.
El proceso de tribología genera fricción que requiere el uso de un lubricante para proteger la herramienta y la superficie del troquel contra rayones o irritaciones. El lubricante también protege la chapa y la pieza terminada de la misma abrasión superficial y facilita el flujo del material elástico evitando rasgaduras, desgarros y arrugas. Hay una variedad de lubricantes disponibles para esta tarea. Incluyen películas secas a base de aceites vegetales y minerales, grasas animales o manteca de cerdo, grafito , jabón y acrílico. La tecnología más nueva en la industria son los lubricantes sintéticos a base de polímeros, también conocidos como lubricantes sin aceite o lubricantes sin aceite . El término lubricante "a base de agua" se refiere a una categoría más amplia que también incluye compuestos más tradicionales a base de aceites y grasas. [ cita necesaria ]
La simulación de conformado de chapa es una tecnología que calcula el proceso de estampado de chapa, [7] prediciendo defectos comunes como fisuras, arrugas, recuperación elástica y adelgazamiento del material. También conocida como simulación de conformado, la tecnología es una aplicación específica del análisis de elementos finitos no lineal . La tecnología tiene muchos beneficios en la industria manufacturera , especialmente en la industria automotriz , donde el tiempo de llegada al mercado, el costo y la manufactura eficiente son críticos para el éxito de una empresa.
Una investigación reciente realizada por la empresa de investigación de Aberdeen (octubre de 2006) encontró que los fabricantes más eficaces dedican más tiempo a simular por adelantado [ se necesita aclaración ] y obtienen los frutos hacia el final de sus proyectos. [8]
La simulación de estampado se utiliza cuando un diseñador de piezas de chapa o un fabricante de herramientas desea evaluar la probabilidad de fabricar con éxito una pieza de chapa, sin el gasto de fabricar una herramienta física. La simulación de estampado permite simular cualquier proceso de formación de piezas de chapa metálica en el entorno virtual de una PC por una fracción del gasto de una prueba física.
Los resultados de una simulación de estampado permiten a los diseñadores de piezas de chapa evaluar diseños alternativos muy rápidamente para optimizar sus piezas y lograr una fabricación de bajo coste.
Si bien el concepto de estampación de componentes de chapa metálica se ha centrado tradicionalmente en el nivel macro (por ejemplo, vehículos, aviones y aplicaciones de embalaje), la continua tendencia a la miniaturización ha impulsado la investigación en microformas de estampación. Desde el desarrollo inicial de las máquinas de micropunzonado a principios y mediados de la década de 2000 hasta la creación y prueba de una máquina de microdoblado en la Universidad Northwestern en la década de 2010, se siguen investigando herramientas de microestampado como alternativas al mecanizado y al grabado químico . Ejemplos de aplicaciones del microestampado de chapa metálica incluyen conectores eléctricos, micromallas, microinterruptores, microcopas para cañones de electrones , componentes de relojes de pulsera, componentes de dispositivos portátiles y dispositivos médicos . Sin embargo, antes de implementar la tecnología a gran escala, es necesario abordar cuestiones clave como el control de calidad, la aplicación en gran volumen y la necesidad de investigar las propiedades mecánicas de los materiales. [9] [10] [11]
El estampado de metales se puede aplicar a una variedad de materiales en función de sus cualidades únicas de trabajo de metales para una serie de aplicaciones en una amplia gama de industrias. El estampado de metales puede requerir la formación y el procesamiento de metales comunes básicos hasta aleaciones raras para obtener ventajas específicas de la aplicación. Algunas industrias requieren la conductividad eléctrica o térmica del cobre berilio en áreas como la industria aeroespacial, eléctrica y de defensa, o la aplicación de alta resistencia del acero y sus numerosas aleaciones para la industria automotriz.
Industrias de estampado de metales se utiliza para:
