LA EMBUTICIÓN.

La embutición es una operación consistente en obtener una pieza hueca de superficie no desarrollable y del mismo espesor que el recorte primitivo.

Es una transformación de superficie por desplazamiento molecular. Si ha habido estiramiento se puede constatar una disminución del espesor del metal.

 

La embutición es un procedimiento para el conformado de piezas no desarrollables, que requiere generalmente el empleo de máquinas (prensas) y de utillajes (matrices). Por ello está reservada a los siguientes casos:

•             A la fabricación en serie, en la cual permite rebajar considerablemente el precio de coste. Se emplea mucho en construcción de automóviles y para la fabricación de objetos de uso corriente (artículos de menaje, envases, etc.).

TIPOS DE EMBUTICION

Dentro de la embutición podemos distinguir entre:

•             Embutición en frío, practicada a la temperatura ambiente

•             Embutición en caliente, para la cual la chapa se calienta a temperaturas de forja (800 a 850º C) para el acero suave).

Los gastos de amortización que entraña la compra de las prensas y la fabricación del utillaje para el trabajo en caliente, son generalmente mayores que para el trabajo en frío. Por el contrario, los ritmos de producción son bastante más bajos.

Por otra parte, en caliente no es posible lograr unas tolerancias de cotas tan precisas como en frío, ya que, aunque el utillaje se fabrica teniendo en cuenta la contracción, ésta puede variar de una pieza a otra según la temperatura del material y de los útiles.

•             EN CALIENTE

• Cuando el metal o la aleación no se pueden conformar en frío.

• Cuando, debido al espesor y a las características de la superficie de la chapa, la embutición en frío requiere una fuerza superior a la capacidad de la prensa disponible.

• Cuando, en series pequeñas, se desea limitar los gastos de utillaje, siempre elevados, que implica la embutición en frío (material de trabajo más caro, acabado más cuidadoso).

•             EN FRÍO

• Siempre que sean necesarias las fabricaciones de grandes series de piezas, y por tratarse de un procedimiento que mejora la productividad respecto al sistema de la embutición en caliente.

• Por que no se modifican o cambian las propiedades de los materiales a cusa del calentamiento.

 

FENÓMENOS QUE SE DAN DURANTE LA EMBUTICIÓN

La deformación de la chapa se realiza por una compleja combinación de fuerzas de tracción y compresión que se traducen en un flujo de material. Las superficies elementales como la “a, b, c, d,” se transforman en otras equivalentes (en el ejemplo, a,b,c,d); siendo constante el volumen, el espesor se mantiene igualmente constante.

 

 

Por otro lado, se producen pliegues en la chapa, por efecto de la compresión, tanto más intensos cuanto menor sea la distancia a los bordes exteriores. Esto se comprende fácilmente examinando la figura; los sectores A’, B’, C’,... representan material sobrante (que no tiene cabida), por decirlo así, que es comprimido por las superficies adyacentes A, B, C, al deformarse para formar un cilindro hueco.

Para impedir la formación de arrugas se aplica una fuerza de compresión normal a la chapa por medio de un pisón o sujetador, sin que ésta sea excesiva, puesto que el material debe fluir sin impedimentos; de lo contrario se produciría un estiramiento del mismo.

 

FUERZAS INTERVIENEN DURANTE LA EMBUTICIÓN

La chapa se ve sometida a esfuerzos muy complejos de compresión, tangenciales y de tracción en sentido radial. La máxima fuerza de compresión se sitúa cerca del borde. La máxima fuerza de tracción está localizada en una zona próxima a la curvatura del canto.

 

Para que haya embutición sin desgarro es preciso que el fondo resista la presión del punzón; por lo tanto, esta presión ha de ser inferior a la resistencia del fondo al arranque.

Tomando como base de cálculo la fuerza F necesaria para cortar el fondo, se puede admitir que la fuerza de embutición no debe sobrepasar la mitad del valor de esta fuerza F, para una embutición de doble efecto.

La fuerza ejercida sobre el pisa chapas, por su parte, no debe ser superior a cuatro décimas partes de la fuerza F.

De ello se deduce que la fuerza de presión debe ser, por lo menos, igual a la suma de las fuerzas de embutición, de presión sobre el pisa chapas y también de las fuerzas correspondientes al rozamiento entre la chapa, la matriz y el pisador.

 

NOTA: El aumento del radio del canto de la matriz disminuye la fuerza de embutición.

PRINCIPIOS DE LA EMBUTICIÓN CILÍNDRICA.

La chapa, previamente cortada en forma de disco llamado “desarrollo”, es conformada por la acción de un punzón, que la obliga a penetrar en una matriz, de diámetro mayor que el punzón en dos espesores de chapa más un juego muy pequeño.

NOTA: Puesto que el espacio entre las paredes de la matriz y las del punzón es igual al espesor de la chapa, la pieza “embutida” conserva el espesor inicial de la chapa. Desde el punto de vista tecnológico, la embutición mecánica no es comparable a la manual, ya que ésta implica siempre el trabajo del metal por alargamiento, con la consiguiente disminución de espesor.

 

La embutición mecánica es en realidad un trabajo de recalcado. La superficie del desarrollo original es igual al de la pieza embutida.

 

 

ACABADOS DE LAS PIEZAS EMBUTIDAS

Por múltiples razones, la altura de la pieza embutida no es uniforme o, si se deja un borde alrededor, la anchura de éste se calcula ligeramente por exceso. En cualquier caso, y de forma general, siempre se prevé un exceso de metal.

La operación que consiste en suprimir ese sobrante se llama recorte o contorneado y se realiza en una prensa cortadora o bien en una de embutir, con un útil de “embutición-recorte”, o también en el torno, con cizalla o con una sierra.

 

En casi todos los casos, siempre deberemos prever que las piezas embutidas necesitarán de una operación de recorte final puesto que la irregularidad de la superficie más alta de su cuello hará necesaria esta operación.

FORMAS EN QUE SE PUEDEN EFECTUAR LAS EMBUTICIONES

•             Embutición SIN pisa chapas, llamada “embutición de simple efecto”, que sólo permite la ejecución de piezas embutidas poco profundas.

•             Embutición CON pisa chapas, llamada “embutición de doble efecto”, para piezas embutidas de mayor profundidad.

•             Embutición CON pisa chapas y cojín en prensa, llamada “embutición de triple efecto” para piezas irregulares de poca o gran profundidad.

REDUCCIÓN “R” PARA SABER EL TIPO DE EMBUTICION

Si llamamos D al diámetro de la chapa original y d al diámetro de la pieza acabada, la reducción “R” viene definida por la siguiente expresión:

 

Desde el punto de vista práctico pueden darse las normas siguientes siempre con carácter orientativo:

Son embuticiones fáciles si:

  Son embuticiones medias si:

Son embuticiones profundas o difíciles si:

Siendo "D" el diámetro de disco y "d" el diámetro del punzón

En general ocurre que:

•             Si R < 0,4 la embutición cilíndrica puede hacerse en una sola fase y sin pisador.

•             Si R >0,4 la embutición cilíndrica puede hacerse en una sola fase, pero con pisador.

•             Si R > 0,6 la embutición debe hacerse con pisador y en varias fases.

EMBUTICIÓN DE SIMPLE EFECTO.

•             Embutición SIN pisa chapas, llamada “embutición de simple efecto”, que sólo permite la ejecución de piezas embutidas poco profundas.

 

La herramienta se compone de:

P = Punzón de embutición cuya sección tiene la forma de la embutición a realizar.

M= Matriz de embutición provista de un agujero que permite el paso de punzón, disponiendo de un espacio igual al espesor del metal.

 

Si coloca un recorte sobre la matriz, cuando el punzón P desciende, se tiene que:

1.            El recorte, presionado por el punzón 1, tiende a penetrar en la matriz; la chapa se arrolla sobre A-B apoyándose en C. Un punto cualquiera D del recorte ocupa entonces una posición sobre una circunferencia de diámetro más pequeño. Para conservar la superficie inicial, la chapa formará pliegues o aumentará de espesor.

 

La zona BD genera una formación de pliegues y un aumento de espesor porque la chapa puede deformarse libremente. Lo mismo ocurre con la zona E-D de la figura inferior.

2.            Al tener la zona E-D mayor espesor, se produce una laminación entre el punzón y la matriz, para devolver a la chapa su espesor primitivo. Mientras que en el exterior, los pliegues aumentan.

3.            En un punto cualquiera de la carrera del punzón 3 tendremos:

De E a D, aumento de espesor; de E a F, parte laminada de espesor constante; de F a D, formación de pliegues, que deben desaparecer por laminado introduciéndose en la matriz. Al caer el punto D sobre circunferencias cada vez más pequeñas, los pliegues van aumentando y acaban por recubrirse. El laminado necesario para devolver a estos pliegues al espesor primitivo originaría una acritud demasiado grande, lo que haría que las piezas debieran considerarse defectuosas.

Con matrices de embutir normales (sin pisador de chapa), solamente se pueden embutir piezas que tengan poca profundidad, es decir, con una pequeña relación de embutición = D - d = <20 · e , como por ejemplo; botes de crema para los zapatos y sus tapas, que se obtienen en prensas alternativas partiendo de chapas que llevan ya un dibujo y un texto impresos. La altura de pared lateral h que puede conseguirse sin prensa chapas está en función del espesor de la chapa s y del diámetro de embutición d, y cumple con la siguiente igualdad empírica:

EMBUTICIÓN DE DOBLE EFECTO.

 

Por embutición de doble efecto se entiende la operación que transforma una chapa plana, en una pieza de forma de cubeta, manteniendo el espesor de la chapa sensiblemente constante.

Este tipo de deformación se consigue mediante una prensa, cuyos elementos principales son: el punzón, el pisador y la matriz.

Para evitar la formación de pliegues, se dispone sobre la chapa y alrededor del punzón, una pieza anular llamada sujetador, o pisador, o bien prensa chapas. Este sujetador se aplica antes del principio de la operación y se mantiene con una presión adecuada a lo largo de toda la operación.

En un momento cualquiera de la carrera descendente del punzón, tenemos lo siguiente;

La formación de pliegues se evitan con la presión del sujetador de tal forma que se produce una compresión lateral de las moléculas, con lo que éstas sólo pueden desplazarse radialmente.

De B a C: la formación de pliegues se evita por la tensión de la chapa resultante del apretado del sujetador.

Observación: En este método de embutición, la parte A-B presenta un adelgazamiento debido a la inercia de la chapa cuando el punzón ataca.

 

Es por esto que las embuticiones de simple efecto como hemos visto anteriormente tiene la altura de embutición limitada, ya que al no llevar pisachapas a partir de alturas medias se producirían pliegues no deseados.

En cambio en esta embutición de doble efecto como en la de triple que veremos más adelante se pueden trabajar todas las alturas posibles, debido al uso del pisa chapas o pisador.

CONCLUSIÓN: Los dos métodos de embutición son aplicables a embuticiones de alturas diferentes:

•             En la embutición de simple efecto, la altura de las embuticiones está limitada por la formación de los pliegues.

•             En la embutición de doble efecto, todas las alturas son teóricamente realizables.

PROCESO DE EMBUTICIÓN DE DOBLE EFECTO

Utilizando una matriz con pisa chapas, la embutición se puede descomponer del siguiente modo:

1.            El desarrollo se coloca sobre la matriz, provista de un dispositivo llamado “posicionador” o “centrador”, que permite un centraje correcto. El centrador está constituido por un alojamiento torneado o por una corona postiza.

2.            El pisa chapas y el punzón descienden.

3.            El pisa chapas es el primero que entra en contacto con el desarrollo y, ejerciendo una presión de fuerza apropiada, le mantiene sujeto sobre la matriz.

4.            El punzón, que se desliza por el interior del pisa chapas, choca a continuación con la chapa y ejerce sobre ella una presión de embutición. La chapa resbala sobre el borde redondeado de la matriz sin formar pliegues, por impedirlo el pisa chapas, que ejerce presión durante toda la operación de embutición. La parte del desarrollo sujeta entre la matriz y el pisa chapas, forma un collar cuya anchura disminuye a medida que el punzón desciende.

5.            Después de la embutición, el punzón y el pisa chapas vuelven a subir, pero la acción del pisa chapas no cesa hasta que el punzón no se ha desprendido totalmente de la matriz. Si persiste un ligero abocardado, es decir, una parte de la pieza sin conformar, la acción del pisa chapas obliga a la pieza embutida a permanecer en la matriz en lugar de ser arrastrada por el punzón.

 

NOTA: La presión del pisa chapas sobre la chapa debe calcularse cuidadosamente; si es excesiva, el metal, muy embridado, se ve sometido a un esfuerzo de tracción considerable que le alarga y puede romperle; si es insuficiente, el metal se engruesa y pueden formase pliegues. 

Es preciso, asimismo, elegir adecuadamente los radios de curvatura del canto del punzón y de la matriz; ambos constituyen un factor importante en el comportamiento del metal.

Es este caso el proceso de embutición de doble efecto utiliza un expulsor que facilita la expulsión de la pieza terminada.

 

EMBUTICIONES DE TRIPLE EFECTO.

Se denominan embuticiones de triple efecto a aquellas embuticiones que se realizan con la ayuda de prensas de doble efecto más la suma de un cojín neumático o hidráulico que realiza el que se denomina tercer efecto.

Las embuticiones de triple efecto son muy similares a las de doble efecto, pero se diferencian de las segundas en que el pisador está comandado directamente por un pistón hidráulico o una biela de la propia prensa. Tanto el pistón o pistones, como la biela o bielas que mandan el pisador son independientes de las que mandan el punzón, de manera que podemos regular las primeras sin que se vean afectadas las segundas.

El tipo de pieza más característico que requiere ser embutida en prensas de triple efecto acostumbra a ser una pieza de gran tamaño donde se requiere un gran esfuerzo de pisado. Este esfuerzo de pisado es muy difícil conseguirlo por medio de resortes o cilindros de gas, en consecuencia, siempre nos será mas fácil su regulación por medio de la propia prensa que si lo hacemos por medio de otro sistema.

En los dibujos A, B y C vemos la secuencia de descenso de una prensa de triple efecto y en los dibujos D y E la carrera de ascenso.