TÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADO

Transcripción

1 1 TÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADO NORMAS DE ORGANIZACIÓN DOCENTE Soraya Plaza Pascual INTENSIFICACIÓN EN FABRICACIÓN 5º CURSO 2012/2013

2 2 1. DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA Y REQUISITOS PREVIOS La asignatura Técnicas Avanzadas de Moldeo y Conformado se encuadra dentro de la Intensificación en Ingeniería de Fabricación, en 5º Curso de Ingeniería Industrial. Junto con las asignaturas Técnicas Avanzadas de Mecanizado y Medida y Fabricación Asistida por Ordenador, en 5º Curso, y Tecnologías de Fabricación, en 4º Curso, constituyen la docencia correspondiente a los procesos de Fabricación Mecánica en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao. El objetivo de la Intensificación es proporcionar al alumno una serie de conocimientos especializados que le permitan abordar tareas de lo que clásicamente se ha conocido como un ingeniero de fabricación. Una vez descritos los principales procesos de fabricación mecánica, la maquinaria y utillajes necesarios, y las variables más importantes de cada proceso (tarea esta llevada a cabo en la asignatura de 4º Curso), el alumno se encuentra en disposición de analizar los aspectos que permiten el diseño de una cierta operación de producción. Esto se lleva a cabo en las asignaturas de especialización de 5º Curso. Por ello, se recalca aquí la importancia de que aquellas personas que vayan a cursar esta asignatura, dispongan de los conocimientos necesarios, que son los impartidos en la asignatura de 4º Curso. Así, en el caso de Técnicas Avanzadas de Moldeo y Conformado, el alumno debe conocer al comienzo del curso las capacidades de los principales procesos de fabricación en los que no se produce arranque de viruta, es decir, los procesos de fabricación por deformación plástica de metales y los procesos de moldeo por fundición. El siguiente paso, y punto de partida de esta asignatura, lo constituye el diseño de la operación concreta a llevar a cabo. El primer capítulo se dedica al estudio del proceso de forja. Tras describir los ensayos que comúnmente se llevan a cabo para la caracterización de materiales para forja, se pasa al análisis teórico de las operaciones de deformación. Este estudio teórico presenta una gran dificultad debido al gran número de variables involucradas en el mismo, así como por efectos tales como la temperatura, las altas tasas de deformación,

3 3 etc. Es por ello que los métodos habitualmente utilizados para el cálculo de esfuerzos, selección de equipamiento, o diseño de estampas son de carácter experimental. A estas consideraciones prácticas, se añaden a continuación los principales aspectos de diseño de estampas recogidos en las Normas Internacionales. De nuevo, estas recomendaciones son fruto de la experiencia práctica. Los métodos empíricos permiten obtener una primera aproximación al problema de la forja de una cierta pieza, así como del diseño de las estampas. Sin embargo, en los últimos años se ha asistido a una verdadera revolución en este campo con la aparición de los sistemas de Simulación Asistida por Ordenador. Estos sistemas permiten simular con una gran exactitud la influencia de las diferentes variables que toman parte en el proceso. De esta forma, es posible plantearse situaciones del tipo Qué pasaría si..? sobre el ordenador, reduciendo así el número de prototipos a fabricar y por tanto, el coste final de la pieza. En el Programa de la asignatura se incluyen prácticas de Simulación Asistida por Ordenador que permiten al estudiante familiarizarse con esta tecnología. El capítulo segundo se dedica a los trabajos de conformado de chapa, lo que comúnmente se conoce como troquelería o embutición. El primer tema se centra en el análisis teórico del proceso de embutición. A continuación se dedica un tema al cálculo de esfuerzos en operaciones de conformado de chapa. Los elementos que configuran un troquel se analizan en temas posteriores. Por último, se comentan aspectos referidos a uno de los procesos más innovadores como es el Hydroforming, de gran actualidad en la industria del automóvil. El capítulo tercero se dedica a lo que genéricamente se conoce como procesos de moldeo. En este caso, se han incluido temas dedicados al diseño de operaciones de fundición y de conformado de materiales plásticos. En el caso de los procesos de fundición, se analizan los aspectos de diseño del sistema de alimentación: tiempos de enfriamiento, diseño de canales, ataques, utilización de elementos para conseguir un gradiente térmico adecuado, etc. Seguidamente se

4 4 analizan aspectos particulares del diseño de moldes para inyección de metales ligeros, una tecnología completamente diferenciada. A continuación se ha incluido un tema dedicado a las tecnologías emergentes de conformado semi-sólido (thixo), de las que se espera un importante desarrollo en los próximos años. Para finalizar se incluye un tema dedicado a la fabricación de materiales plásticos. Tras comentar las principales familias, componentes y aplicaciones de los materiales compuestos, la discusión se centra en los procesos de inyección y extrusión, por ser los más comunes en la industria. La explicación se completa con una demostración de un software para el diseño automatizado de moldes de plástico, así como un ejemplo real de fabricación de un componente plástico para la industria del automóvil. El capítulo cuarto y último se dedica a las tecnologías para la fabricación de moldes, estampas y troqueles. En realidad, los procesos para la fabricación de estos utillajes, independientemente de su aplicación posterior tienen una serie de características comunes, y es por ello que se han englobado en este capítulo. Se trata de una serie de temas, el primero de los cuales se dedica a los métodos tradicionales de fabricación de moldes y matrices. Los temas restantes se dividen en dos grupos: Mecanizado a Alta Velocidad (MAV) y electroerosión (EDM), que hoy día cubren prácticamente todo el mercado de fabricación de estos utillajes.

5 5 2. PRÁCTICAS Y VISITAS A EMPRESAS Como se desprende de los comentarios anteriores, se trata de una asignatura de carácter muy tecnológico. Por ello, el mejor aprovechamiento de la misma exige un acercamiento tan grande como sea posible al mundo industrial. Con objeto de lograr este acercamiento, se ha previsto la realización de una serie de prácticas y visitas a empresas relacionadas con la fabricación de piezas por conformado o moldeo, lo que permite al alumno tomar contacto con la realidad industrial de este sector. A modo de ejemplo, algunas de las visitas realizadas en los últimos años han sido: - Batz: estampación de componentes para automoción. - Fabricación de Metales Duros: fabricación de componentes sinterizados. - Amurrio Ferrocarriles: fabricación de cruzamientos o desvíos en fundición en arena - Precicast Bilbao: fundición a la cera perdida de componentes aeronáuticos. - Plastinka: fabricación de productos de plástico en máquinas de inyección Entre las prácticas previstas los alumnos analizarán aspectos como: - el diseño de estampas de forja mediante Elementos Finitos. - el estudio de distintos tipos de troqueles. - el diseño de procesos de fundición mediante Elementos Finitos. - el funcionamiento de una máquina inyectora de plásticos industrial. - el funcionamiento de las máquinas de electroerosión, habitualmente utilizadas para la fabricación de utillajes complejos de alta dureza.

6 6 3. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA El aprobado en la asignatura se obtendrá con una calificación igual o superior a 5 en la convocatoria correspondiente. En ningún caso se realizarán exámenes fuera de la fecha oficial publicada. Con objeto de que el alumno pueda valorar la situación de su aprendizaje en cada momento a lo largo del curso se ha establecido el siguiente modelo de evaluación continua: - 30% de la calificación corresponderá a un informe a realizar sobre la práctica de SIMULACIÓN DE FORJA POR ELEMENTOS FINITOS. Se trata de un trabajo a realizar en las siguientes condiciones: o En grupos de 2 personas. o La preparación del informe será tutorizada por la profesora. o Plazo de entrega: antes de la realización del examen escrito. - 20% de la calificación corresponderá a un informe a realizar sobre la práctica de SIMULACIÓN DE FUNDICIÓN POR ELEMENTOS FINITOS. Se trata de un trabajo a realizar en las siguientes condiciones: o En grupos de 2 personas. o La preparación del informe será tutorizada por la profesora. o Plazo de entrega: antes de la realización del examen escrito. - 10% de la calificación corresponderá a la asistencia a las prácticas de taller.

7 7-10% de la calificación corresponderá a la asistencia a las visitas a empresas (cada estudiante deberá realizar al menos una visita). - el 30% restante corresponde al examen a realizar al término del cuatrimestre. La nota mínima en cada uno de los apartados para aprobar la asignatura es de 3,5 (sobre 10). Únicamente podrán examinarse de la asignatura aquellos alumnos que se encuentren oficialmente matriculados en la misma en la fecha del examen.

8 8 4. PROGRAMA DE LA ASIGNATURA TÉCNICAS AVANZADAS DE CONFORMADO Y MOLDEO Capítulo 1. Estudio del proceso de forja. Tema 1. Caracterización del material en operaciones de forja. 2. Ensayos de compresión. 3. Ensayo de flexión. 4. Ensayo de torsión. Tema 2. Introducción al análisis de las operaciones de deformación. 1. Comportamiento de diferentes materiales ante la deformación. 2. Operaciones básicas de deformación. Tema 3. Cinemática y estática del proceso de forja. 1. Análisis de la deformación en forja libre a bajas velocidades. 2. Relación entre velocidades de deformación. 3. Aplicación a la forja con estampas. 4. Cálculo del cordón de rebaba. Tema 4. Diseño para forja. 2. Sentido de estampación. 3. Superficie de partición. 4. Salidas y formas de los núcleos. 5. Radios de redondeo de aristas. 6. Espesor de almas.

9 9 7. Sobreespesores de mecanizado. 8. Calibrado. 9. Anexo: tolerancias de fabricación en piezas forjadas. Tema 5. Forja en prensas y martillos. 1. Forja en prensas. 2. Forja en martillos. 3. Anexo: simulación por EF. Tema 6. Selección de equipos para forja. 1. Condicionantes del proceso y de los equipos. 2. Prensas hidráulicas. 3. Prensas mecánicas. 4. Prensas de husillo. 5. Martillos. Capítulo 2. Conformado de chapa. Tema 7. Introducción a las operaciones de conformado de chapa. 1. Caracterización de la chapa. 2. Análisis del proceso de embutición. 3. Aptitud de una chapa ante la embutición. 4. Anexo: Frenos Tema 8. Útiles para troquelería (I). 2. Punzones y portapunzones 3. Matrices y portamatrices. 4. Topes. 5. Guías. 6. Extractores. 7. Alimentadores.

10 10 8. Materiales para útiles de troquelería. Tema 9. Útiles para troquelería (II). 1. Ejemplos de troqueles simples. 2. Ejemplo de troquel para automoción. 3. Fases en la fabricación de un troquel para automoción. 4. Prensas para troquelería. Tema 10. Cálculos en operaciones de troquelería. 1. Corte de chapa. 2. Doblado de chapa. 3. Embutición. Tema 11. Otros procesos de conformado de chapa. 2. Hidroconformado de tubos. 3. Conformado incremental (ISP). 4. Conformado en caliente Capítulo 3. Estudio analítico de los procesos de moldeo. Tema 12. Diseño del sistema de alimentación para piezas fundidas. 2. Sistemas de colada. 3. Cálculo del sistema de distribución. Tema 13. Aspectos metalúrgicos y alimentación suplementaria en piezas de fundición en arena. 2. Nucleación. 3. Crecimiento y solidificación. 4. Alimentación de la pieza durante la solidificación. Cálculo de las mazarotas.

11 11 5. Materiales exotérmicos y enfriadores. 6. Ejemplos. Tema 14. Diseño de sistemas de fundición por inyección. 2. Consideraciones de diseño del molde. 3. Sistema de alimentación. Tema 15. Conformado semi-solido. 2. Obtención de lingotes con estructuras no dendríticas. 3. Tecnologías Thixo. Tema 16. Moldeo de plásticos. 2. Moldeo por inyección 3. Extrusión de plásticos. 4. Ejemplos. Capítulo 4. Métodos de fabricación de moldes y matrices. Tema 17. Fabricación tradicional de moldes y matrices. 2. Copiado de modelos. 3. Control Numérico, CAD/CAM y nuevas tecnologías de mecanizado. Tema 18. Mecanizado a alta velocidad de moldes y matrices 2. Razones para el aumento de la velocidad de corte. 3. Aplicaciones industriales.

12 12 Tema 19. Tecnología de electroerosión. 2. Fenómeno de la descarga. 3. Parámetros de erosión. 4. Electroerosión por penetración. 5. Electroerosión por hilo.

13 13 5. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA 1. American Society for Metals; Casting design handbook. American Society for the Metals (ASM), Beeley, P.R.; Foundry technology. Butterworth-Heinemann, Campbell, J.; Castings. Butterworths-Heinemann, Allsop, D. F., Kennedy, D. Pressure diecasting (parts 1 and 2). Pergamon Press, Chamouard, A., Estampage et Forge (vol. 1, 2, 3), Dunod Altan, T., Oh, S., Gegel, H. Metal forming. fundamentals and applications. American Society for the Metals, Byrer, T.G., Semiatin, S.L., Vollmer, D.C. Forging handbook. American Society for the Metals, Lange, K. Handbook of metal forming. McGraw Hill Book Company, Pearce, R.; Sheet metal forming. Adam Hilger, Cognard, P. Les Applications Industrielles Des Materiaux Composites. Editions du Moniteur, DuBois, J.H., Pribble, W.J. Plastics Mold Engineering Handbook. Chapman & Hall, Dym, J.B. Injection Molds and Molding. A Practical Manual. Chapman & Hall, Mallick, P.K., Newman, S. Composite Materials Technology. Processes and Properties. Hanser Publishers, Rosato, D.V.; Di Mattia, D.P. Designing With Plastics and Composites. Van Nostrand Reinhold, Herbert Schulz. Fraisage Grande Vitese des Matériaux Métalliques et Non Métalliques Société Fracaise d Éditions Techniques. SOFTEC, McGeough, J.A. Advanced Methods of Machining.. Chapman and Hall, 1988.

14 Snoeys, R., Dekeyser, W., Staelens, F. Non-traditional Machining Methods. Electro-discharge Machining. Katholieke Universiteit Leuven. Más información sobre el Grupo de Fabricación de la ETSI de Bilbao en: Más información sobre la asignatura en: