Bibliografía: - Manufactura, ingeniería y tecnología. Serope Kalpakjian. - Conformación de Metales y Herramientas de Conformación.

Transcripción

1 Procesos Tecnológicos II Tema IV Forja en estampas. Conferencia 4. Sumario: - Introducción a la forja en estampas. - Funcionamiento del proceso - Diseño de las piezas estampadas Objetivos: - Enumerar los pasos para el diseño de las piezas estampadas de forma circular. - Brindar las características de las máquinas mas universales que se emplean en este proceso. Bibliografía: - Manufactura, ingeniería y tecnología. Serope Kalpakjian. - Conformación de Metales y Herramientas de Conformación. Manuel Mallo Introducción a la forja en estampas (Estampado en caliente). La forja en estampas consiste en deformar el metal, utilizando las herramientas llamadas estampas, con forma y dimensiones cercanas a las de la pieza terminada. Cada pieza puede necesitar uno o varios juegos de estampas en función de la complejidad de su forma, o de la cantidad de piezas a producir. En Cuba las máquinas más utilizadas para estos procesos son: martillos de contragolpe, martillos neumáticos, martillos de caída libre y prensas de husillo. En otros países son utilizadas también las prensas excéntricas para el estampado en caliente y las máquinas horizontales de forja.

2 Pilón del martillo Cuña Semiestampa superior Semiproducto Canal para rebaba Superficie de división Grabado en estampa Semiestampa inferior Cuña Mesa del martillo La semiestampa superior se fija al pilón del martillo y la inferior a la mesa. Las cuñas además de fijar las estampas aseguran el correcto centrado de ambas semiestampas. El semiproducto caliente se coloca en la semiestampa inferior y con los golpes del pilón se asegura que el metal llene bien el grabado. El metal sobrante sale hacia el canal para rebabas. Las estampas son fabricadas de aceros de herramientas, por eso no deben chocar una con la otra; es por esto que los agujeros no pueden obtenerse de forma pasante y siempre queda una rebaba interior. Con respecto a la superficie de división simpre se dejan ángulos de salida para poder extraer las piezas. Todas las esquinas o cantos se redondean para facilitar el flujo de metal y evitar el desgaste de las estampas. Si las superficies requieren de un acabado mejor al que se obtiene por estampado, es necesario prever sobremedidas. A todas las superficies se le colocan las tolerancias que se logran por estampado. NOTA: FIJARSE BIEN QUE EN ESTOS PROCESOS SOLO EXISTE UNA SUPERFICIE DE DIVISION.

3 ESTAMPAS Esquema de una semiestampa Las semiestampas son bloques de acero de herramientas con tratamiento térmico y tienen un costo muy elevado. Por eso estos procesos se utilizan para producciones en grandes series o masivas. Es posible que una pieza más compleja requiera más de un juego de estampas o que en el mismo juego se coloquen más de un grabado. Las dimensiones AxBxH se seleccionan por el martillo a utilizar y siempre tendrá que existir determinada dimensión mínima (área) del espejo. En ocasiones en el espejo se coloca un grabado de estampado previo y otro de acabado, con el objetivo de aumentar la durabilidad de las estampas. Funcionamiento del proceso Esquema del proceso de estampado. 1) Semiproducto, 2) Canal para rebaba, 3) Línea de rebaba. El semiproducto caliente se coloca dentro de la semiestampa inferior y con los golpes de la superior va tomando la forma del grabado. Para el total llenado de los cantos interiores, radios pequeños, paredes delgadas, etc., el metal es obligado, ya que por cada golpe se aumenta la resistencia a la salida por la línea de rebaba por las causas siguientes: Aumenta la relación b/h, ya que h disminuye por cada golpe. Por enfriarse mas el metal en esta zona, en comparación con el metal del cuerpo de la pieza.

4 Las piezas por lo general se estampan con 4 a 12 golpes. Por qué hay que estampar previendo rebaba? 1. Por la imposibilidad de asegurar un volumen exacto del metal cortado por lo siguiente: - Las barras laminadas tienen amplias tolerancias en diámetro. - El corte en guillotina o sierra también lleva tolerancias. - En el horno parte del metal se convierte en cascarilla y su magnitud no es muy controlable, dependiendo del tiempo y la temperatura de calentamiento. 2. La rebaba (metal caliente y blando), evita el choque entre ambas semiestampas (amortigua), evitando así su rotura. 3. Se asegura el llenado completo del grabado, al ir aumentando la relación b/h. La rebaba se elimina en las operaciones de rebabado exterior y por punzonado de la rebaba interior. Para estos fines se utilizan troqueles y prensas excéntricas. Diseño de las piezas estampadas en martillos Se parte del dibujo de la pieza terminada (maquinada) y para dibujar o diseñar la pieza estampada debe tenerse en cuenta lo siguiente: La figura de la pieza tiene que ser dividida en dos por la superficie de división (solo una). Esta superficie coincide con la superficie donde se coloca la línea de rebaba. Todas las esquinas, cantos, y bordes deben ser redondeados. A partir de la superficie de división deben trazarse los ángulos de salida. Los espesores de paredes y fondos y otras zonas no pueden ser menores a los valores permitidos. A las superficies con precisión y acabados superiores a los que se obtienen por estampado deben prevérseles sobremedidas para el maquinado. A todas las superficies deben colocárseles las tolerancias que se alcanzan por estampado. Superficies de división. Es correcta cuando: Asegura el llenado completo del grabado. Las rebabas y las sobremedidas son lo menor posible. Propicie grabados poco profundos (menor desgaste). Asegure fácil rebabado y punzonado. Evite cargas transversales. En las superficies de división inclinadas se producen cargas transversales y se hacen mas complejos los troqueles de rebabado. No se colocan en bordes de piezas para así evitar rebabas ya que en este caso los troqueles cortarían con dos filos.

5 EJEMPLOS Ejemplo 1 Formas de división del grabado entre las estampas. a) Disposición horizontal, Salida natural para la mayor parte de la pieza, b) disposición vertical, permite hacer los vaciados. Ejemplo 2 Variantes de división del grabado para la forja de una llave. a _cumple todos los requisitos. b _ línea de división en borde de pieza, estampa superior de fácil elaboración. c _línea en borde de pieza, mayor recorrido del metal,estampa superior plana. d_ cumple todo, pero el maquinado de la estampa es más complejo.

6 Ejemplo 3. Variante con línea de división inclinada, facilita el llenado, se introducen fuerzas transversales y necesitará de troqueles de corte de la rebaba más complejos. Ejemplo 4. I-I Grabado inferior más profundo, difícil darse cuenta del desplazamiento. II-II Igual profundidad, cualquier desplazamiento se nota muy rápido.

7 Ángulos de salida. Facilitan el llenado del grabado y la extracción de las piezas. Se trazan a partir de la superficie de división y con excepción de las superficies que posean salida natural, se les coloca a todas las superficies. El exterior de la estampa (interior de la pieza) es mayor al interior, ya que la pieza al enfriarse se contrae y tiende a pegarse a la estampa. Los valores de estos ángulos deben buscarse en las tablas de la clase práctica. Ángulo exterior de la estampa Ángulo interior de la estampa r e r i 26.6 Ángulo exterior de la pieza Ángulo interior de la pieza Redondeos Por forja en estampas no pueden usarse cantos vivos, es decir se redondean con un radio lo mayor posible para facilitar el flujo del metal evitándose el desgaste de las esquinas y cavidades, así como disminuir la concentración de tensiones, sobre todo en los grabados profundos. Los radios interiores de la estampa r i (exterior de la pieza), así como los exteriores r e ; se seleccionan por el peso y dimensiones de la pieza. Ver tablas 2 y 3 de la clase práctica. Para facilitar la fabricación de las estampas se trata de no usar tantos radios distintos, también y si es posible usar el menor radio posible para disminuir las pérdidas por sobremedidas. Vaciados para agujeros. Por forja en estampas es imposible fabricar agujeros pasantes, por lo que se fabrican agujeros lo mayor posible con el objetivo de ahorrar metal. La rebaba interior se elimina por punzonado en prensas excéntricas o por taladrado.

8 D Diámetro del agujero d h H S H h no siempre es, depende por donde pase la superficie de división. 2 h siempre 0,85D h Si 0,4 0,85 ; S = 0,45 D 0,25h 5 + 0, 6 h d h Para agujeros menos profundo. 0,07 0, 4 d D d d 1 S max S min Este vaciado facilita más el flujo de metal hacia las paredes, ya que el fondo no es plano. Se calcula un valor de S por la misma fórmula anterior. S =,65S; S = 1,35S y d = 0,12d 3mm min 0 max 1 + h Si 0,85, agujeros muy profundos; se elabora un vaciado lo mayor posible d con h=0,85d. El metal que queda se elimina por taladrado.

9 Agujeros de D 30mm no se fabrican por estampado, ya que representan poca economía de metal. Sobremedidas para el maquinado. Si la pieza requiere en alguna superficie de un acabado con más calidad del que se obtiene por estampado, deben preverse sobremedidas para el maquinado posterior. Las superficies estampadas quedan con óxidos, descarburadas y con abolladuras. El acabado aproximado del estampado es: RA = R Z Si después del estampado, se usa el calibrado en frió en prensas excéntricas, el acabado será mejor RA 10 1,25 = RZ 40 6,3 En las tablas de la clase práctica pueden seleccionarse las sobremedidas para el maquinado. Deben utilizar el segundo grupo de precisión, es decir para piezas que después se elaboraran en maquinas herramientas universales con dispositivos. Las dimensiones en dichas tablas se dan en forma radial o unilateral.

10 Ejemplo: Peso de la pieza: 2,6 kg. Se asume que por el acabado todas las superficies llevan sobremedida. Con peso igual a 2,6 kg. y altura de 50mm la sobremedida es de 1,5mm. Con diámetro igual a 80mm la sobremedida es de 2mm. Dimensiones de la pieza estampada: 50+2(1,5)=53mm 80+2(2)=84mm Paras las dimensiones interiores los valores de la sobremedidas se restan de las nominales. Tolerancias de estampado. A todas las dimensiones de la pieza estampada deben colocársele tolerancias en función del tipo de estampado (maquinas que se utilizan) y del grado de precisión con que se quiere estampar. Mientras mas precisión quiera alcanzarse, mayor será el costo de las piezas, ya que al desgastarse las estampas duraran menos en su explotación. Como ya fue señalado para las sobremedidas se trabajara con el segundo grupo de precisión, es decir piezas estampadas en martillos y que después se elaboraran en maquinas herramientas universales con dispositivos. Porque es necesario dar tolerancias a todas las dimensiones? El rango de temperaturas es variable, por lo que la contracción térmica también es variable. Durante el estampado la pieza se forma en el grabado de las dos semiestampas, por lo que su altura estará en función de cuanto cierre la semiestampa superior. Las estampas pueden tener cierto desplazamiento una con respecto a la otra. Las estampas se desgastan.

11 Tipos de tolerancias. _ Las dimensiones A dependen de la contracción térmica y del desgaste de las estampas. _ Las dimensiones B dependen de lo anterior mas de la altura con que cierren las estampas. Las dimensiones tipo B no existen en el grabado, se forman cuando se cierran ambas semiestampas. En superficies con sobremedidas para el maquinado: _Si la dimensión de la pieza es exterior, la tolerancia se coloca con +. _Si la dimensión de la pieza es interior, la tolerancia se coloca con -. _Si la superficie no es maquinada la tolerancia se coloca ±. Ejemplo. De la pieza anterior, por tabla. Dimensión 50 (tipo B) + 1,6 Dimensión 80 (tipo A) + 1,8 Las dimensiones quedarían 53 +1,6, 84 +1,8.