Una introducción
El conformado por estiramiento es un proceso de conformado de metal que simultáneamente estira y dobla un material seleccionado sobre una forma mecanizada, llamada matriz, para formar una pieza con uno o varios radios de curva diferentes. Este proceso produce piezas perfectamente curvadas con contornos suaves y sin arrugas.
La industria aeroespacial inventó inicialmente las prensas de conformado por estiramiento utilizadas para formar piezas de aviones de aluminio para reducir el peso y mejorar la eficiencia del combustible. Hoy en día se utilizan en todo el mundo en industrias como la automotriz para componentes de carrocería y bastidor, la arquitectura para crear elementos estructurales curvos y la industria de vagones para componentes de bastidores de estructuras.
El proceso de conformado por estiramiento
Los metales tienen una propiedad mecánica fundamental llamada elasticidad: su capacidad para volver a su tamaño y forma originales después de ser estirados por una carga aplicada, pero solo hasta un límite. Si se aplica una carga suficiente, el material alcanza su límite elástico o límite elástico, donde se deformará permanentemente. Las propiedades de elasticidad y límite elástico son diferentes para cada material. Estas propiedades son factores esenciales a tener en cuenta al realizar el estiramiento.
Como una banda de goma, cuando una pieza de metal se estira, pero no se excede el límite de elasticidad, volverá a su longitud original cuando se suelte la carga de tracción. Si se aplica suficiente fuerza para exceder el límite de fluencia, la pieza se alargará permanentemente o se formará a la curva deseada si se forma sobre un troquel. Este estado cargado donde la tensión aplicada excede el límite elástico pero no rompe la pieza es una zona de carga semi-plástica donde ocurre la deformación por estiramiento.
La variedad de materiales con propiedades adecuadas para este proceso de conformado incluye acero inoxidable, metales revestidos, níquel, aluminio, latón y aleaciones de titanio, y otros metales refractarios y resistentes al calor. En algunos casos, las piezas formadas con estos materiales son difíciles o imposibles de formar mediante otros métodos.
Envoltura elástica con brazo oscilante Prensa en V
Una de las prensas de formación de estiramiento básicas es la prensa en V de envoltura elástica con brazo oscilante. El marco de la máquina tiene una mesa para montar la matriz. Dos brazos (o vigas del carro) sostienen un carro posicionable equipado con un cilindro de tensión hidráulica y mordaza de agarre. Durante el proceso de formación por estiramiento, cada extremo de la pieza en bruto se inserta en una mordaza de agarre. Los cilindros de tensión hidráulica luego estiran la pieza más allá del límite elástico del material.
Luego, los brazos se balancean hacia atrás en las uniones de pasador para envolver la pieza alrededor del dado mientras se mantiene la carga de tensión de formación. Cuando se completa la envoltura, se libera la fuerza de estiramiento, se abren las mordazas de agarre y se retira la pieza formada.
La prensa de formación de envolturas elásticas de hoy está diseñada con FEA. Los principales componentes de la máquina se fabrican, se alivian la tensión y se mecanizan con precisión para proporcionar un soporte rígido para el proceso de conformado. Normalmente, se utiliza un control CNC basado en PLC para la configuración, controlando las funciones manuales de carga / descarga, conformado y control de los ciclos de conformado automático programados.
Los controles modernos de prensa de estiramiento brindan detección de punto de fluencia, control de pre-estiramiento, control de fuerza o posición durante el conformado y control de post-estiramiento. También pueden equiparse con software para crear programas de formación de piezas, que proporcionan ciclos de formación consistentes y repetibles para la producción de piezas de calidad, reducen el tiempo de preparación y aumentan la eficiencia de la prensa.
Se pueden usar prensas en V debidamente equipadas para formar piezas de chapa metálica, extrusiones y perfiles formados por frenos. La longitud y la sección transversal de la pieza dictan el tamaño y el tonelaje necesarios para estirar una pieza. Las prensas en V típicas varían en tamaños desde 5 toneladas hasta 150 toneladas, pero son posibles tonelajes más altos.
Conformado por estiramiento de chapa metálica
Las prensas de hojas se utilizan para formar hojas de gran tamaño en formas contorneadas. Por lo general, se utilizan en la industria aeroespacial para formar las partes que forman la piel de un avión, pero no se limitan a esta industria.
La prensa de láminas básica tiene una mesa de troqueles ubicada en la línea central de la prensa y cilindros hidráulicos para proporcionar fuerza de elevación para el conformado. Las vigas largas a ambos lados de la mesa soportan cada una dos carros. El pasante de los carros sostiene el yugo, que sostiene la línea de la mandíbula a cada lado de la mesa de troqueles. Cada carro es impulsado por un cilindro hidráulico que mueve la línea de la mandíbula hacia adentro o hacia afuera de la mesa de troqueles.
Para operar, los bordes opuestos de la hoja se cargan en las mandíbulas opuestas y se agarran. Las mordazas se alejan de la mesa de troqueles para tensar la hoja. El troquel montado en la mesa de troqueles se introduce en la hoja mientras las mordazas mantienen la tensión de formación. La hoja se estira mientras envuelve el troquel para formar la pieza. Después de la formación, las mordazas se mueven hacia adentro para eliminar la tensión de la hoja y luego se abren para quitar la pieza.
Un control CNC a través de un PLC proporciona el control manual y automático del proceso de conformado. Con un programa cargado con la prensa en modo automático, el control mueve las mandíbulas y la mesa de matrices a su posición de carga. El operador carga la hoja y cierra las mordazas para sujetar la hoja. Cuando se presiona el botón de ejecución, se elimina la holgura de la hoja. Se aplica un pre-estiramiento a la hoja, luego se produce la formación, seguido de un post-estiramiento. Luego, se descarga la tensión de la hoja y las mordazas se abren y retraen para la descarga de la pieza.
Este proceso de formación de estiramiento crea piezas de calidad sin arrugas, distribución uniforme de la tensión, retroceso elástico mínimo y una superficie libre de piel de naranja o líneas de Luder.
Tipos de prensas de chapa
Hay tres tipos básicos de prensas de chapa:
- T- Presione (Prensa transversal):
La mesa principal del troquel es perpendicular a las vigas largas, paralela a las mandíbulas. Cada línea de la mandíbula está fijada al yugo. Los carros impulsan el yugo para mover la línea de la mandíbula hacia adentro o hacia afuera de la mesa de troqueles. El yugo está equipado con un movimiento de oscilación, por lo que la mandíbula se puede girar hasta 45–90 grados, según el diseño.
La mesa de troquel principal para una prensa en T suele ser estrecha para permitir la formación de piezas de borde de ataque con punta redondeada. Se pueden proporcionar sillas de mesa para troqueles. El sillín se ajusta o se monta al costado de la mesa de matrices para soportar matrices anchas.
Esta prensa puede ser capaz de dar forma a drapeado, estirado o redondeado, según el diseño. Para el deformado por estiramiento, el PLC debe controlar la carga de la mesa de troqueles en función de la posición de oscilación del yugo controlada por un dispositivo de seguimiento de tangencia.
Si está equipada con una topadora, la prensa también puede realizar el moldeado por estiramiento.
L-Press (Prensa longitudinal):
La mesa de matrices L-Press es paralela a las vigas largas, perpendicular a la línea de la mandíbula. La línea de la mandíbula está equipada con control de tensión y movimiento de curvatura, oscilación y rotación. Los carros colocan los yugos para mover las mandíbulas dentro o fuera de la mesa de troqueles. El yugo está equipado con un movimiento de oscilación para que la mandíbula se pueda girar hacia arriba desde la horizontal de 0 a 45 grados.
Esta prensa está diseñada principalmente para la formación de envolturas elásticas.
Esta prensa se puede suministrar con mesas auxiliares de matrices para piezas muy largas. Estas tablas están sincronizadas para moverse hacia arriba y hacia abajo con la tabla de matrices principal.
Si está equipado con una topadora, también puede realizar estiramientos.
Prensa VTL (Prensa transversal transversal / longitudinal):
Para la prensa VTL, la mesa de troquel principal gira para colocarse paralela o perpendicular a la línea de la mandíbula. La línea de la mandíbula está equipada con control de tensión y movimientos de curvatura, oscilación y rotación. Los carros colocan los yugos para mover las mandíbulas dentro o fuera de la mesa de troqueles para su instalación o carga. El carro también puede angular el yugo. El yugo está equipado con un movimiento de oscilación para que la mandíbula se pueda girar hacia arriba desde la horizontal de 0 a 90 grados según el diseño.
Esta prensa está diseñada para realizar drapeados, envolturas elásticas y conformado de punta redondeada. Si está equipado con una topadora, también puede realizar la formación de estiramiento.
Esta prensa se puede suministrar con mesas de matrices auxiliares para piezas largas. En este caso, las tablas están sincronizadas para moverse hacia arriba y hacia abajo con la tabla de matrices principal. El suministro de mesas de matrices auxiliares elimina la necesidad de una mesa de matrices principal giratoria.
Prensa Estirar-Dibujar
Esta prensa de conformado por estiramiento está diseñada para dibujar formas utilizando matrices de acoplamiento mientras la hoja está en tensión. La prensa está equipada con platos (mesas) superior e inferior accionados por cilindros hidráulicos que soportan, posicionan y cargan el troquel. Ambas mordazas tienen control de curvatura, oscilación, rotación, elevación y tensión. La prensa también es capaz de conformar por estiramiento.
Otros tipos de prensa de conformado elástico disponibles
Plancha elástica
Diseñado para estirar, enderezar y destorsionar barras largas y extrusiones.
Sorteo giratorio
Esta prensa de estiramiento utilizó una mesa giratoria, una mordaza de tensión de desplazamiento fija y lineal y un limpiador. La matriz y la mordaza están montadas en la mesa giratoria. La mesa gira para agitar las mordazas para la carga de piezas. A medida que la mesa gira, la pieza envuelve el troquel mientras que la mordaza móvil mantiene la tensión de formación de la pieza. Si se usa, el limpiador presiona una zapata limpiadora que coincide con el perfil de la pieza contra la posición de formación.
Esta prensa se utiliza para formar extrusiones, perfiles con forma de freno y piezas de chapa.
Ventajas y desventajas del moldeado por estiramiento
La principal ventaja del conformado por estiramiento es su capacidad para formar formas complejas con precisión mientras se mantiene la forma de la sección transversal dimensional de las piezas y el acabado de calidad.
Como proceso rentable, el conformado por estiramiento utiliza menos fuerza que cualquier otro método de conformado por prensa y puede reducir los costos de material. Las piezas metálicas se crean con un acabado de calidad sin marcas ni marcas. El proceso de formación por estiramiento induce el endurecimiento por trabajo, lo que aumenta la resistencia del material y, al mismo tiempo, reduce la tensión residual para minimizar el retroceso elástico.
El proceso de conformado por estiramiento rara vez es adecuado para operaciones progresivas o de transferencia. Aunque el proceso puede crear contornos nítidos y ángulos reentrantes, es mejor para formar formas poco profundas o casi planas. El conformado por estiramiento utiliza la excavación o el movimiento rápido como una operación secundaria para dibujar, o sangrar, las piezas durante o después del conformado. Los punzones también se utilizan para proporcionar el siguiente proceso de localización de agujeros.
Para algunas aplicaciones de envoltura elástica de láminas, el tiempo del ciclo de formación debe reducirse para mantener las propiedades del material y el acabado de la superficie. Por esta razón, no se recomienda para producciones de gran volumen. Sin embargo, la formación por estirado-estirado, que utiliza matrices de acoplamiento y otros procesos no cubiertos por este papel, como la formación de cuatro ejes, se puede realizar de forma tan rápida y automática como las operaciones de prensa convencionales.
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