UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA

“ANTONIO JOSE DE SUCRE”

VICE-RECTORADO BARQUISIMETO

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

Práctica Nº 4: Ensayos de Embutición de la Chapa

Integrantes:

Lisbeth Yohanna Segovia

Mari Carmen Duran

Ángel Torrealba

Jose Timaure

Adrian Lucena

Barquisimeto Abril, 2015

MARCO TEORICO

EMBUTIDOEl Embutido de Chapas Metálicas es uno de los procedimientos más

comunes elaboración de piezas huecas, para diversas aplicaciones que van desde el hogar, la oficina y en la industria en general.

Esto se realiza a partir de planchas de acero u otros metales y resulta el más económico con respecto a la fabricación de maquinas herramientas o colado.

El proceso se desarrolla a partir de un disco de material previamente seleccionado, el cual es empujado dentro de una matriz hueca por un punzón.

PARTES DEL TORQUEL:

A. PunzónB. PortapunzónC. MatrizD. CasquilloE. ResorteF. BaseG. Prensa chapa

PROCESO DE EMBUTICIÓN:

Las piezas recortadas o discos a emplear se disponen en el asiento o anillo de centrado, fijado a la matriz de embutir, con la finalidad de centrar el disco en el proceso de embutición. Un dispositivo pisador aprieta el disco contra la matriz de embutir con la finalidad de que no se produzcan pliegues. El punzón de embutir al bajar estira el material sobre los bordes rebordeados de la matriz, de modo que se produzca una pieza hueca. El desplazamiento de todos los cristales en que está constituido el material a embutir es radical en toda su magnitud. Cada uno de los cristales del material se desplaza, en la medida de que este se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz.

El desplazamiento del material en ese instante es semejante al flujo de agua por el rebosadero de una presa. Cuando se pretende que el espesor del material no se altere durante el proceso de embutido, el área de la pieza original (disco recortado) debe ser igual al área de la superficie de pieza embutida.

La fricción es un factor que debe tomarse en cuenta por cuanto el material se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz. Por lo tanto esta área debe estar pulida y lapeada. Esto reduce la carga necesaria para el desarrollo del embutido. El achaflanado de los bordes de la matriz ayuda a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir. Facilitan también el embutido la lubricación adecuada, del disco recortado y de la herramienta en su conjunto.

El juego que queda entre el punzón y la matriz de embutir tiene que ser mayor que el espesor de la chapa. Se han acreditado como conveniente para el caso de chapas de acero, holguras de 1,12 a 1,30 veces el espesor de la chapa, para chapas de latón, holguras de 1,08 a 1,20 veces el espesor, para chapas de aluminio la holgura es de 1,04 a 1,10 veces el espesor.

VARIABLES DE INFLUENCIA EN LAS EMBUTICIONES:

Tipo de material y espesor Geometría de la pieza y fuerza del pisador Velocidad y lubricación Radio de utillaje Temperatura del material

DETERMINACIÓN DE LA PIEZA RECORTADA Y SUCESIÓN DE FASES EN LA EMBUTICIÓN:

Antes de poder empezar a fabricar una herramienta para embutir hay que determinar la forma y el tamaño del recorte de la chapa, así como el

número de las fases y las dimensiones de la herramienta para cada fase de embutición.

Para determinar el diámetro del disco para piezas embutidas cilíndricas, hay que calcular la dimensión superficial de la pieza. Esta dimensión superficial se compone de la superficie del fondo más de la pared lateral. El área de la pieza a recortar (disco) tiene que ser igual a la de la pieza a obtener. De aquí se determina entonces el diámetro de recorte. Del mismo modo se determina el diámetro del recorte para piezas embutidas que vayan provistas de bridas, un talón cilíndrico o fondo hemisférico. Los diámetros así calculados proporcionan piezas embutidas tan altas que es necesario recortar en ellas el reborde. El recortado es necesario porque con solo en piezas con embutición pequeñas, la altura es uniforme.

El número de fases o de etapas de embutición depende de la relación que existe entre la magnitud del disco y d las dimensiones de la pieza embutida, de la facilidad de embutición del material y del espesor de la chapa. Cuando más profundidad haya de darse a la pieza a embutir, tantas más etapas serán necesarias para la embutición y con ello tanto más herramientas y operaciones. Por ello es necesario prever la forma de realizar siempre operaciones con el menor número de etapas o de piezas simple.

DEFECTOS EN LOS EMBUTIDOS:

a) Arrugamiento en la brida o pestaña. El arrugamiento en una parte embutida consiste en una serie de pliegues que se forman radialmente en la brida no embutida de la parte de trabajo, debido al arrugamiento por compresión.

b) Arrugamiento en la pared. Si la brida arrugada se embute en el cilindro, estos pliegues aparecen en la pared vertical del cilindro.

c) Desgarrado Este defecto consiste en una grieta que se abre en la pared vertical, usualmente cerca de la base de la copa embutida, debido a altos esfuerzos a la tensión que causan adelgazamiento y rotura del metal en esta región. Este tipo de falla puede también ocurrir cuando el metal se estira sobre una esquina afilada del punzón.

d) Orejeado Ésta es la formación de irregularidades (llamadas orejas) en el borde superior de la pieza embutida, causada por anisotropía en la lámina de metal. Si el material es perfectamente isotrópico no se forman las orejas.

e) Rayado superficial. Pueden ocurrir rayaduras en la superficie de la pieza embutida si el punzón y el dado no son lisos o si la lubricación es insuficiente.

ENSAYOS EN EL PROCESO DE EMBUTIDOS:

I. Ensayo Siebel y Pomp

Ensayo de embutición con estirao del agujero central (método Siebel y Pomp). Se somete al ensayo un disco con un agujero en el centro. Este viene colocadom como en el caso anterior, entre dos casquillos y embutido en la zona central libre mediante un punzón cilíndrico con un diámetro 3,3 veces mayor que el agujero; el punzón tiene los cantos redondeados y lleva, axialmente un punto que entra exactamente en el agujero. La presión central se interrumpe en el momento que aparecen las primeras fisuras en el contorno del agujeo ensanchado.

Se mide en este ensayo el ensanchamiento en tanto por ciento del agujero y la carga total aplicando la siguiente fórmula:

D−dd

∗100=índicede estiramientodel agujero

Siendo: D=diámetro del agujero dilatado; d=diámetro del agujero inicial.Es necesario respetar las siguientes dimensiones:

Después de la prueba es importante observar la microestructura y también si el casquete del ensayo tiene una superficie como la primitiva o asi se ha vuelto granulada y tosca; en este último caso, la chapa no es apta para ser embutida porque ha sufrido un recocido exagerado.

Para que una chapa sirva para el estampado tiene que poseer los siguientes requisitos.

1) Un buen valor en la prueba de la impresión.2) Una formación fibtosa mínima.3) Producir un casquete o cúpula de superficie lisa y no granulosa o poco

compacta o ligada.4) No presentar ampollas de aire o impurezas.

II. Ensayo Erichsen:

Ensayo de embutición mediante el cual una pieza de chapa, sujeta únicamente en su periferia, se deforma hasta la rotura mediante un punzón cónico con su extremo esférico. La altura de la copa, en milímetros, a la iniciación de la rotura es una medida de la ductilidad del material.

El procedimiento de la prueba se realiza de acuerdo a la norma especificada que es ASTM – E643, cabe destacar que la prueba es una destructiva.

EMBUTIDO INVERSO

La embutición invertida ofrece la posibilidad de ahorrar una o dos etapas de embutición. Con éste tipo de embutición la pieza previamente embutida se dispone con la abertura hacia abajo sobre una matriz negativa de embutir. El punzón de embutir que desciende sobre la pieza así dispuesta la vuelve de modo de modo que era hasta ahora superficie interior se convierte en superficie exterior de la misma. De ésta modo se obtiene con una herramienta profundidades mayores que con la embutición corriente. Por lo general no se necesita ningún dispositivo pisador.

En la práctica se dispone de que en la herramienta, que con la carrera descendente de la corredera, una pieza hueca pre-embutida y al descender el punzón se determina la pieza al actuar negativamente la herramienta.

La embutición negativa se emplea casi exclusivamente para piezas cilíndricas o piezas redondeadas no cilíndricas por ejemplo carcasas de faro o proyectores. Para piezas irregulares resultaría muy dificultosa la ejecución de las aberturas en la matriz invertida.

PRACTICA

Para la práctica de embutido se utlizó un punzón, material y matriz con las siguientes características:

Punzón con diámetro d p=40mm

Material a ensayar con un espesor S = 0.90 mm

La probeta para el ensayo posee un diámetro de D = 85 mm

La holgura con la matriz debe ser aproximdamente 1.1 * S = 1.1 * 0.90 ≈ 1mm

Por lo tanto el diametro de la matriz debe ser de dm=42m

PRIMER ENSAYO:

Presión del Prensa – Chapa =400 Kgf

Fuerza del punzón: Kgf

Penetración del punzón: mm

Se tomaron los valores de fuerza y desplazamiento a medidad que se realizaba el ensayo.

DESPLAZAMIENTO (mm) FUERZA (Kgf)1 1002 3003 14004 18005 22006 25007 29008 34009 390010 410011 440012 446013 480014 485015 490016 490017 490018 490019 490020 4900

Con los valores obtenidos de Fuerza y Desplazamiento del punzón podemos realizar el gráfico Fuerza vs Desplazamiento para observar el comportamiento.

0 5 10 15 20 250

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Grafico Fuerza vs Desplazamiento

Grafico Fuerza vs Desplazamiento

SEGUNDO ENSAYO:

En este segundo ensayo solo se tomaran los valores de profundidad del punzón y fuerza máxima.

Fuerza Prensa-Chapa: 2500 Kgf La fuerza máxima registrada en el ensayo es: Fmax=5200 kgf

Observación: El producto no se puede garantizar ya que la distribución del material no es pareja. Ademas se necesitó mayor energía.

Fuerza Prensa-Chapa: 75 Kgf La fuerza máxima registrada en el ensayo es: Fmax=6100Kgf

Observación: El ensayo falló, no se llevo a cabo el proceso correctamente, como consecuencia la pieza presenta pliegues y el fondo se rompió.

TERCER ENSAYO:

Este ensayo se realizó sin lubricacion para obersavar lo que ocurre con el material en el ensayo.

Fuerza Prensa-Chapa = 400 Kgf

La fuerza máxima resgistrada en el ensayo es: Fmax=6500Kgf

Observación: Menos desplazamiento del punzón lo que provocó que fallara la fabricación de la pieza.

ENSAYO PARA MEDIR LA EMBUTIBILIDAD DE UN DETERMINADO MATERIAL:

Para medir la embutibilidad se realizó el Ensayo Erichsen.

Condiciones para el ensayo:

Probeta de 90 mm de diámetro Punta de punzón esférica Fuerza Prensa – Chapa = 1000 Kgf (Por norma)

Resultados obtenidos:

Ensayo Erichsen 1 Índice de Embutibilidad =6,5 mm Ensayo Erichsen 2 Índice de Embutibilidad = 7.9 mm

Índice de Embutibilidad Promedio = 7,2 mm

El ensayo solo se llevó a cabo dos veces aunque, pero en lo ideal es realizarlo varias veces más para que el promedio del índice de embutibilidad sea más preciso.

CONCLUSIONES

La embutición así como es un proceso de gran versatilidad y cuenta con grandes ventajas que se mencionaron en este trabajo también posee ciertas particularidades las cuales si no se cuidan pueden traer consigo inconvenientes en el conformado de la pieza, gracias a las experiencias observadas en el laboratorio se puede llegar a lo siguiente

Se deben aplicar ciertas recomendaciones para evitar la ruptura del material especialmente en la base de la pieza.

El las piezas es casi inevitable que no se presenten ciertas deformaciones, pero estas se pueden controlar y/o disminuir de gran manera si se cuidan los parámetros de trabajo.

Gracias a los ensayos se puede obtener el índice de embutibilidad de manera rápida y sencilla.

Se pudo observar cómo determinadas características de matriz y punzón y fuerzas aplicadas, además de la fuerza utilizada en el embutido afectan la forma final del producto.

Un aspecto muy particular en este proceso es la lubricación de la pieza, algo que generalmente no es necesario para otros tipos de procesos de manufactura. En el caso del embutido de piezas esto es de gran importancia para disminuir las cargas utilizadas y obtener una pieza con el menor defecto posible.