La embutición profunda es un proceso de conformado de chapa metálica en el que una pieza bruta de chapa metálica se introduce radialmente en una matriz de conformado mediante la acción mecánica de un punzón. [1] Por tanto, se trata de un proceso de transformación de forma con retención de material. El proceso se considera embutición "profunda" cuando la profundidad de la pieza embutida supera su diámetro. Esto se consigue volviendo a embutir la pieza a través de una serie de matrices.
La región de la brida (chapa metálica en el área del hombro de la matriz) experimenta una tensión de embutición radial y una tensión de compresión tangencial debido a la propiedad de retención del material. Estas tensiones de compresión ( tensiones circunferenciales ) dan como resultado arrugas en la brida (arrugas de primer orden). Las arrugas se pueden prevenir utilizando un portapiezas, cuya función es facilitar el flujo controlado de material hacia el radio de la matriz. Las prensas de embutición profunda, especialmente en las industrias aeroespacial y médica, requieren una precisión y exactitud incomparables. Las prensas de hidroconformado de láminas realizan trabajos de embutición complejos. El tamaño de la plataforma, el tonelaje, la carrera, la velocidad y más se pueden adaptar a su aplicación específica de embutición.
La carga total de embutición se compone de la carga de conformación ideal y de un componente adicional para compensar la fricción en las zonas de contacto de la zona de la brida y las fuerzas de flexión, así como las fuerzas de flexión en el radio de la matriz. La carga de conformación se transmite desde el radio del punzón a través de la pared de la pieza embutida hasta la zona de deformación (brida de chapa). En la pared de la pieza embutida, que está en contacto con el punzón, la deformación circunferencial es cero, con lo que se alcanza el estado de deformación plana . En la práctica, la condición de deformación es solo aproximadamente plana. Debido a las fuerzas de tracción que actúan en la pared de la pieza, el adelgazamiento de la pared es notable y da como resultado un espesor de pared de la pieza desigual, de modo que el espesor de pared de la pieza es más bajo en el punto en el que la pared de la pieza pierde contacto con el punzón, es decir, en el radio del punzón.
El espesor más fino de la pieza determina la tensión máxima que se puede transferir a la zona de deformación. Debido a la constancia del volumen del material, el reborde se engrosa y da como resultado un contacto del soporte de la pieza en bruto en el límite exterior en lugar de en toda la superficie. La tensión máxima que se puede transferir de forma segura desde el punzón a la pieza en bruto establece un límite en el tamaño máximo de la pieza en bruto (diámetro inicial de la pieza en bruto en el caso de piezas en bruto simétricas rotacionalmente). Un indicador de la formabilidad del material es la relación de embutición límite (LDR), definida como la relación entre el diámetro máximo de la pieza en bruto que se puede embutir de forma segura en una copa sin reborde y el diámetro del punzón. La determinación de la LDR para componentes complejos es difícil y, por lo tanto, se inspecciona la pieza en busca de áreas críticas para las que es posible una aproximación. Durante una embutición profunda severa, el material se endurece y puede ser necesario recocer las piezas en hornos de atmósfera controlada para restaurar la elasticidad original del material.
Las aplicaciones comerciales de este proceso de conformado de metales a menudo implican geometrías complejas con lados y radios rectos. En tal caso, se utiliza el término estampación para distinguir entre los componentes de embutición profunda (tensión radial-compresión tangencial) y de estiramiento y doblado (a lo largo de los lados rectos). La embutición profunda siempre va acompañada de otras técnicas de conformado dentro de la prensa. Estos otros métodos de conformado incluyen: [2]
A menudo, los componentes se embuten parcialmente para crear una serie de diámetros a lo largo del componente (como en la imagen de la línea de embutición profunda). Es habitual considerar este proceso como una alternativa de ahorro de costes para las piezas torneadas que requieren mucha más materia prima.
La secuencia de piezas embutidas se denomina "línea de embutición profunda". La cantidad de piezas que forman la línea de embutición profunda está determinada por la cantidad de "estaciones" disponibles en la prensa. En el caso de las prensas mecánicas, esto está determinado por la cantidad de levas en el eje superior.
Para producciones en serie de alta precisión, siempre es recomendable utilizar una prensa transfer, también conocida como prensa de ojales. La ventaja de este tipo de prensas, respecto a las prensas progresivas convencionales, es que las piezas se transfieren de una matriz a la siguiente mediante los llamados "dedos". Los dedos no solo transfieren las piezas, sino que también guían el componente durante el proceso. Esto permite embutir las piezas hasta las profundidades más profundas con las tolerancias más ajustadas.
Otros tipos de prensas: [3]
La embutición profunda se ha clasificado en embutición profunda convencional y no convencional . El objetivo principal de cualquier proceso de embutición profunda no convencional es ampliar los límites de conformabilidad del proceso. Algunos de los procesos no convencionales incluyen la embutición profunda hidromecánica, el proceso Hydroform, el proceso Aquadraw, el proceso Guerin, el proceso Marform y el proceso de embutición profunda hidráulica, por nombrar algunos.
El proceso Marform, por ejemplo, funciona utilizando el principio de las técnicas de conformado con almohadillas de goma . Se pueden formar piezas con rebajes profundos con paredes verticales o inclinadas. En este tipo de conformado, la plataforma de troqueles emplea una almohadilla de goma como una mitad de herramienta y una mitad de herramienta sólida, similar a la matriz en un juego de matrices convencional, para formar un componente en su forma final. Las matrices están hechas de aleaciones ligeras fundidas y la almohadilla de goma es 1,5-2 veces más gruesa que el componente que se va a formar. Para el Marforming, las prensas de acción simple están equipadas con almohadillas de matriz y portapiezas. La pieza en bruto se mantiene contra la almohadilla de goma mediante un portapiezas, a través del cual actúa un punzón como en la embutición profunda convencional. Es un aparato de doble acción: primero el ariete se desliza hacia abajo, luego el portapiezas se mueve: esta característica le permite realizar embuticiones profundas (30-40% de la dimensión transversal) sin arrugas. [4] [5] [6] [7] [8]
Los procesos de embutición profunda se utilizan en la industria para fabricar piezas estructurales y de carrocería de automóviles, componentes de aeronaves, utensilios y electrodomésticos. Las piezas complejas se forman normalmente utilizando matrices progresivas en una sola prensa de conformado o mediante una línea de prensado.
Los materiales más blandos son mucho más fáciles de deformar y, por lo tanto, requieren menos fuerza para estirarlos. La siguiente es una tabla que muestra la reducción porcentual de la fuerza de estiramiento de los materiales más utilizados.
Los punzones y matrices suelen estar hechos de acero para herramientas , aunque a veces se utiliza acero al carbono, más barato (pero más blando), en aplicaciones menos severas. También es habitual ver el uso de carburos cementados en lugares donde existe una gran resistencia al desgaste y a la abrasión. Normalmente se utilizan aceros aleados para el sistema de expulsión para expulsar la pieza y en portapiezas duraderos y resistentes al calor. [10]
Los lubricantes se utilizan para reducir la fricción entre el material de trabajo y el punzón y la matriz. También ayudan a retirar la pieza del punzón. Algunos ejemplos de lubricantes utilizados en operaciones de embutición son las emulsiones de alta resistencia, los fosfatos, el plomo blanco y las películas de cera . Las películas de plástico que cubren ambos lados de la pieza mientras se utilizan con un lubricante dejarán la pieza con una superficie fina.
