tesie de ledier - university "marta abreu" of las villas

UNIVERSIDAD CENTRAL ¨MARTA ABREU¨ DE LAS VILLAS

VERITATE SOLA NOBIS IMPONERTUR VIRILISTOGA. 1948

Facultad de Ingeniería Mecánica.

Departamento de Ingeniería Mecánica

TRABAJO DE DIPLOMA

Titulo: La Tecnología de Estampado Incremental de Chapas

como alternativa para la elaboración de piezas

Autor: Ledier Flaquet Pen

Año: 5to. Grupo: #1

Tutor: Dr. José Roberto Marty Delgado

Curso: 2008-2009.

Facultad de Ingeniería Mecánica.

Departamento de Ingeniería Mecánica

TRABAJO DE DIPLOMA

Titulo: La Tecnología de Estampado Incremental de Chapas

como alternativa para la elaboración de piezas

Autor: Ledier Flaquet Pen

Grupo: #1

Año: 5to

Tutor: Dr. José Roberto Marty Delgado

Curso: 2008-2009.

Pensamiento

Cada obra bella, cada obra grande,

Redime un momento de amargura

José Martí

Dedicatoria

A mi familia por haber confiado en mí y a

todos lo que de una forma u otra formaron

parte de este sueño.

Agradecimiento

A mi tutor Dr. José Roberto Marty Delgado

que me guió y orientó en este trabajo, a mi familia

que siempre me apoyó y a mis amigos.

Resumen

RESUMEN

El presente trabajo de diploma se desarrolla sobre los procesos de conformado con

la idea de abordar sobre las aplicaciones del estampado incremental de chapa como

una una alternativa para la elaboración de piezas a partir de chapas metálicas y también

como una tecnología de conformado flexible, la cual se emplea en diversos sectores

industriales, fundamentalmente aquellos sectores que requieren elevadas exigencias de

personalización en sus productos (y, por tanto, producen series cortas); también se

emplea para realizarse diversos experimentos a la pieza que se conforma (por lo que se

usa para el prototipazo) estas son el tipo de empresas que están predominando

actualmente en el panorama económico mundial y nacional.

ABSTRACT

This diploma work is about the process in accordance with the idea of addressing the

applications of incremental sheet metal stamping as an alternative for the production of

parts from sheet metal and formed as a flexible technology, which used in various industrial

sectors, mainly those sectors that require high demands of personalization in their products

(and therefore producing small series) is also used to perform various experiments to the

piece that makes up (it used to the prototipado) these are the type of companies that are

currently dominating the global and domestic economic outlook.

Indice

Índice: Pág

Introducción................................................................................................................1

CAPÍTULO I. Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de

estampado incremental de chapas. ................................................................................7

1.1 Conceptos generales sobre los procesos de conformación de

materiales. Aplicaciones y características generales de los procesos

convencionales de estirado de chapas. ..........................................................................7

1.2 Aplicaciones y características generales de los procesos de estampado

incremental de chapas. ................................................................................................14

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I........................................................................21

CAPÍTULO II. Aspectos tecnológicos del proceso de estampado

incremental con punto simple. .......................................................................................22

2.1 Estampado incremental con punto simple. Factores tecnológicos críticos

que deciden sobre el proceso........................................................................................22

2.2 Aplicaciones industriales del Estampado incremental con punto simple............35

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO II.......................................................................51

CAPÍTULO III Posibilidades del empleo de métodos numéricos y

computacionales en los procesos de estampado incremental de chapas con

punto simple. .................................................................................................................52

3.1 Aplicación de herramientas de modelación y simulación al proceso de

estampado incremental. ................................................................................................52

3.2 Estrategias para la generación de las trayectorias de la herramienta

para el EISP. .................................................................................................................56

3.3 Posibilidades de la introducción del EISP en la industria cubana. .....................59

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO III......................................................................60

CONCLUSIONES GENERALES..............................................................................61

RECOMENDACIONES ............................................................................................62

BIBLIOGRAFIA. .......................................................................................................63

Introducción

1

INTRODUCCIÓN:

El presente trabajo de diploma se desarrolla sobre los procesos de conformado con

la idea de abordar sobre las aplicaciones del estampado incremental de chapa como

una una alternativa para la elaboración de piezas a partir de chapas metálicas.

El investigador principal junto a otros investigadores del proyecto, decidió dirigir el

estudio hacia el proceso de conformación por embutido, por ser uno de los procesos de

mayor utilización en la industria provincial.

La Empresa Industrial de Productos y Utensilios Domésticos “1ro de Mayo” (EINPUD)

de Santa Clara, en Villa Clara, es un gran exponente de la utilización de procesos de

conformación de chapas metálicas.

Esta Empresa fue fundada en 1964 por el Comandante de la Revolución Ernesto

Guevara de la Serna, desde sus inicios la producción ha sido destinada principalmente al

consumo nacional. A partir de su creación hasta los años 90, en que el país transitó por el

periodo especial, esta fue la principal industria en Cuba utilizando los procesos de

conformación de chapas.

En los inicios del siglo XXI se ha visto una reanimación de la economía cubana y en

la EINPUD se están retomando las producciones tradicionales, ejemplo de esto es la

fabricación de ollas de presión distribuidas a la población como parte de la Revolución

energética que lleva a cabo el país.

En esta industria el 90 por ciento de la producción se efectúa por medio de procesos

de conformación de metales, destacándose el uso del proceso de embutido, que es uno

de los tipos de estirado de chapas

En la fabricación de piezas, partes y equipos completos para los más variados usos e

intereses, se emplea aún, tanto a escala nacional como internacional, la chapa metálica

laminada, lo que justifica por sí sólo, las investigaciones que se están realizando con

vistas a desarrollar nuevos materiales, mejorar y/o estimar el comportamiento de estos,

lograr su aprovechamiento óptimo en cada una de las operaciones de deformación

metálica en que se ven involucrados y predecir la variación que experimentan sus

principales propiedades durante el curso de la elaboración.

Introducción

2

La diversidad de operaciones de deformación a que pueden ser sometidas las

chapas metálicas, la necesidad del aumento de la calidad de las producciones, de su

competitividad y su inserción en el mercado nacional e internacional, aseguran

inevitablemente el estudio de las posibilidades de trabajo de los materiales laminados que

se reciben y la investigación de su aptitud frente a una operación particular.

Se puede afirmar por tanto, que aún en el mundo industrializado continúan

empleándose los procesos de fabricación de piezas en materiales metálicos por

deformación (sin arranque de virutas), lo que condiciona el estudio de estos métodos de

elaboración y garantiza su futuro inmediato.

El estudio de los procesos de conformado y del comportamiento de los diferentes

tipos de materiales para las operaciones correspondientes está en pleno desarrollo en el

mundo, se necesitan más que antes, ingenieros e investigadores dedicados a estos

problemas con una buena preparación teórico práctica ya que el grupo de materiales

metálicos sigue representando una fracción muy importante en el consumo mundial de

materiales.

En las condiciones actuales de la producción de piezas conformadas en las

principales empresas de la región central del país, los cambios frecuentes en las

especificaciones de calidad de los laminados que se emplean, la imposibilidad de asignar

recursos para la compra de materiales idóneos y la insuficiencia de medios para obtener la

información necesaria que permita predecir las características de formabilidad de los

materiales, son factores que afectan extraordinariamente la calidad de las producciones

elaboradas. Estos aspectos en mayor o menor medida, pueden ser extendidos al resto de

las empresas de SIME que se dedican a la elaboración de piezas por procedimientos de

conformado.

La aplicación de los procesos de estampado incremental se presenta como una

técnica que está marcando un punto de cambio en la interpretación y aplicación de los

procesos de conformación de materiales en todo el mundo. De hecho, los procesos de

estampado incremental de chapas representan un concepto radicalmente diferente en

relación a los procesos convencionales de conformación de chapas, en el que se

introducen las ventajas tecnológicas que los hacen sostenibles y energéticamente muy

competitivos.

Introducción

3

En el estampado incremental de chapas la geometría de la forma final de la pieza es

generada por el desarrollo de todas las posiciones asumidas por una herramienta simple

la cual deforma al semiproducto. Este tipo de estampado consiste básicamente en fijar la

chapa en algún dispositivo delimitador y con una herramienta “ciega” (o un punzón)

estampar la chapa con avances longitudinales y transversales controlados e incrementos

en el orden de 1mm en la dirección de la profundidad. La ventaja de este proceso es que

permite ver la pieza real o el prototipo sin necesidad de confeccionar costosas matrices y

punzones.

Gracias a la tecnología de conformado incremental de chapas, se podrá dar una

solución tecnológica y económica a las empresas que producen series cortas o prototipos

y se ven obligadas en la actualidad a elaborar sus productos en otros materiales, con otros

diseños o por otros procesos de manufactura para evitar los problemas asociados a las

tecnologías tradicionales de estampado.

OBJETIVO GENERAL.

Desarrollar un análisis sobre los principales aspectos tecnológicos del estampado

incremental de chapas con punto simple como alternativa económica y flexible para la

producción de pequeñas series de piezas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

1. Estudiar mediante las técnicas de investigación documental las características de

los procesos de estampado incremental de chapas

2. Analizar los principales factores tecnológicos que influyen en el proceso de

estampado incremental de chapas con punto simple como alternativa en la manufactura

de piezas conformadas

PROBLEMA CIENTIFICO A RESOLVER.

Interpretar, en las condiciones de desarrollo del país, la relación entre los elementos

tecnológicos y físico mecánicos del estampado incremental de chapas como una

tecnología flexible para la producción de piezas conformadas.

Introducción

4

RESULTADO PRINCIPAL QUE SE QUIERE ALCANZAR.

Hasta el momento, esta tecnología está siendo desarrollada por numerosos

investigadores alrededor del mundo y se presentan diversos resultados para determinadas

condiciones tecnológicas y aplicaciones. Hasta el momento no hay estudios integrales

sobre este proceso en nuestro país. Por tal motivo, como principal resultado se obtendrá

un estudio sobre la tecnología de estampado incremental de chapas con punto simple que

permita comprender sus ventajas tecnológicas, limitaciones y posibilidades de introducción

en las condiciones de producción del país como alternativa a otras operaciones de

deformación de chapas.

ACTUALIDAD INTERNACIONAL SOBRE EL TEMA.







competitivos.

Para mantener la competitividad en el amplio mercado y producción de piezas por

conformación de materiales nacional e internacional, una amplia gama de nuevos

procesos están siendo explorados. Dos de esos procesos son el proceso de hidroforming

o conformación hidrostática y el proceso de estampado incremental de chapas. En estos

procesos de estirado de chapas se obtiene la forma final de la pieza deformando

plásticamente un semiproducto de chapa inicial. En cada operación, la obtención de una

pieza libre de defectos depende de una gran cantidad de parámetros relacionados con las

características mecánicas y estructurales del material y con las características de las

herramientas y máquinas del proceso en sí.

A medio plazo, esta nueva tecnología deberá reemplazar los procesos tradicionales

empleados para producir series cortas y prototipos. A largo plazo, generará cambios

fundamentales en el mundo de la fabricación por conformación de chapas, permitiendo la

fabricación de productos con diseños avanzados cuya elaboración tradicional es

demasiado costosa y poco efectiva para las tecnologías actuales, como por ejemplo, los

Introducción

5

procesos de fundición de piezas, de soldadura y los de maquinado por arranque de

virutas.

NECESIDAD DE LA INVESTIGACION.

Valorando la importancia de la producción de piezas conformadas por estampado

incremental de chapas para el país.

TIPO DE INVESTIGACION A DESARROLLAR.

Atendiendo a las orientaciones para la realización de este proyecto establecido por el

Dpto. de Procesos Tecnológico de la Facultad de Ingeniería Mecánica fue seleccionada, la

modalidad de investigación documental por el gran contenido de consulta bibliográfica que

se pretende realizar para poder establecer un conjunto de premisas básicas

imprescindibles para el estudio a la introducción del estudio de los procesos de de

Estampado Incremental de Chapas.

Sin embargo, es importante destacar que una investigación documental es un

proceso sistemático de indagación, organización búsqueda, selección, lectura, análisis e

interpretación de información, extraídas de fuentes documentales existentes acerca de un

problema, basado en una estrategia de análisis de documentación con el fin de encontrar

una solución a interrogantes planteadas.

METODO DE TRABAJO.

En esta investigación con una planificación de actividades y elaboración de un plan

de trabajo. La ejecución se llevara a efecto, a través de selección, localización, y registro

de la información sobre el tema seleccionado, posteriormente se analizara el contenido.

LIMITACIONES DE LA INVESTIGACION.

En toda investigación se presentan ciertas limitaciones que impide una mayor

efectividad en el desarrollo del contenido de la información, una de esas limitaciones para

el coso que nos ocupa, esta en los constates cambios que representan el área

tecnológica y las formas de disponer de ellas, en nuestro país este tipo de información

solo llega por medio de artículos científicos o información personal que recopilan

especialistas en sus intercambios académicos, y ahora, con mayor preponderancia, se

Introducción

6

esta empleando la vía de Internet, la cual se ha convertido en el principal medio para

acceder a la información sobre nuevas tecnológica y procedimientos .

ESTRUCTURA DEL TRABAJO.

El proyecto consta de una síntesis o resumen, introducción, dos capítulos, así como

de conclusiones, recomendaciones, bibliografía, y algún que otro anexo.

En el primer capitulo se realiza una búsqueda bibliográfica donde plasmamos los

conceptos generales sobre los procesos de conformación, propiedades mecánicas y

tecnológicas de interés. Clasificación de los procesos y de los tipos de procesos de

estirado de chapas y características generales de los procesos de ISF además de las

perspectivas de desarrollo de los procesos de estampado incremental.

El en segundo capitulo trata sobre los aspectos tecnológicos del proceso de ISF

donde entre otras cosas abordaremos las herramientas, máquinas, piezas que se

emplean; veremos como varia el espesor en el material y también veremos algunas

características de las piezas.

Para finalizar el tercer capitulo trata sobre posibilidades del empleo de métodos

numéricos y computacionales en los procesos de estampado incremental de chapas con

punto simple, Utilización de las tecnologías CAD/CAM para el estampado incremental de

chapas y por ultimo valorar en este epígrafe la posibilidad de Modelado de las piezas en

Solid Work y generación de las trayectorias de la herramienta en GibbsCAM

Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas

7

Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas.

1.1 Conceptos generales sobre los procesos de conformación de materiales. Aplicaciones y características generales de los procesos convencionales de estirado de chapas

Propiedades mecánicas y tecnológicas de interés para la conformación de

materiales. Clasificación general de los procesos de conformación. Tipos de procesos de

estirado de chapas. Características de los procesos de embutido y estirado de chapa.

Elementos constructivos de las herramientas, materiales, partes y otros.

Entre los procesos de conformado, el doblado y el embutido de chapa son los

procedimientos más complejos que permiten obtener una forma definida a partir de chapas

planas. Una parte de los estudios existentes sobre dichos procesos están enfocados

desde un punto de vista práctico, por ejemplo [1; 2], esto implica adoptar una serie de

hipótesis muy simplificadas para predecir el comportamiento del proceso y realizar un

posterior ajuste de la teoría mediante los resultados experimentales. Sin embargo, en las

últimas dos décadas han comenzado a realizarse estudios de muy alto nivel experimental

utilizando las técnicas numéricas, por ejemplo [3; 4].

Propiedades mecánicas y tecnológicas de interés

Las propiedades mecánicas determinan la capacidad de los metales de resistir la

acción de las fuerzas externas. Ellas dependen de la composición química de los metales,

de su estructura, método de tratamiento tecnológico y de otros factores. Conociendo las

propiedades mecánicas se puede tener una idea del comportamiento del material ante

distintos fenómenos externos e internos.

Dentro de las principales propiedades mecánicas están la resistencia, la dureza,

elasticidad y la resiliencia.

A este grupo pertenecen la soldabilidad, la maleabilidad (forjabilidad o ductilidad) y la

maquinabilidad. La ductilidad es la propiedad del metal de someterse al tratamiento por

presión durante la forja, la laminación, el embutido, el doblado y otros procesos, es decir,


8

adoptar la forma necesaria bajo la acción de un impacto o por presión en estado caliente o

frío. La ductilidad está estrechamente relaciona con la plasticidad.

La resistencia a la conformación de un material es aquel valor de tensión normal

que aplicado a un policristal produce una variación permanente de la forma; en otras

palabras, es la oposición que presenta un material a ser deformado y su magnitud

caracteriza el valor necesario de la fuerza externa para producir una determinada

deformación permanente en el cuerpo. Este valor depende, entre otros factores, del tipo

de material a conformar, de la temperatura, el grado de conformación que se desee

alcanzar y de la velocidad de conformación. Todos los metales en estado sólido son

policristalinos formados por una gran cantidad de granos de forma geométrica irregular,

denominados monocristales. Para poder efectuar con éxito la deformación plástica, el

metal se somete a una tensión que sobrepasa el límite elástico; la deformación residual

que resulta se puede representar como la suma de la deformación plástica de los

monocristales. La deformación plástica del monocristal se desarrolla sobre la base de las

traslaciones –deslizamientos- de un grupo de redes cristalográficas respecto a otro.

Dentro de este contexto, un factor importante es la anisotropía inducida por la deformación. Los procesos de conformado que implican deformación plástica del

material, sean en frío o en caliente, producen un alineamiento de los ejes cristalográficos

de los granos en una orientación preferente, es decir, una textura cristalográfica. Se

produce también un cambio en la orientación de la microestructura, de manera que

resultan granos no equiaxiales, hecho que suele denominarse fibrado mecánico.

En componentes con una microestructura fuertemente orientada es lógico pensar que

las propiedades mecánicas de muestras tomadas según distintas direcciones difieran

notablemente. Que dichas propiedades sean mayores en la dirección en la cual se han

alargado los granos (longitudinal) o en la perpendicular a ésta (transversal) dependerá de

la preponderancia del fibrado mecánico y de la textura cristalográfica

Tipos de procesos de estirados de chapas

1. Embutido

2. Repujado


9

3. Repulsado

4. Expansionado

5. Conformación tensionada

A continuación damos una breve explicación de cada uno de los tipos de estirados de

chapas según [1]

Embutido

Denominamos embutido al proceso de estirado de chapas en el que se efectúa el

conformado de recortes de chapas hacia cuerpos huecos, llanos o profundos y de estos

cuerpos hacia otras formas bajo el efecto, fundamental, de fuerza de tracción. El embutido

es uno de los procesos de conformación de chapas que ha sufrido los más rigurosos los

más rigurosos estudios

Fig. 1: Esquema de un proceso de embutido[5]

Repujado

El repujado es un proceso de conformado (estirado) en lugares aislados de piezas de

chapas, planas o no, que se logra aplicando sobre ellas una herramienta (troquel)

compuesta por dos partes: punzón y matriz,


10

• Fig. 2: Esquema sobre el proceso de repujado[5]

Con este procedimiento, es posible fabricar piezas de gran altura y volumen. Es un

proceso ideal para fabricar en forma económica sartenes, cacerolas, faroles, etc.

Conformación Tensionada:

En la conformación tensionada las chapas resultan estiradas al ser atacadas por una

herramienta de forma, mientras sus bordes permanecen sujetos.

Las piezas así conformadas poseen regularmente formas convexas con radios y

curvaturas muy grandes comparadas con el espesor de la chapa, por lo que solo las

tensiones de tracción producidas por el estirado hace que se alcance el limite de fluencia

de materiales.

Por conformación tensionada se elaboran piezas regularmente grandes por ejemplo

partes de aviones etc. La forma de la herramienta (punzón) debe ser tal que permita un

flujo fácil de materiales. El calculo debe efectuarse sobre la base de que las elongaciones

a alcanzar en la chapa no lleguen a la rotura del material.

Expansionado

Mediante el expasinado se amplía corrientemente la capacidad de recipientes,

transformando sus paredes rectas en curvas.

El recipiente inicial se coloca en una matriz divida teniendo que soportar una presión

interna, hidráulica o por otros medios (gomas, etcétera), que obliga a sus paredes a

pegarse a la matriz, llenándola totalmente.


11

Repulsado

Por repulsado se conforman discos de escaso espesor no piezas previamente

embutidas de acero, latón, aluminio, etc. El trabajo se realiza entre el cabezal y el

contrapunto del torno especial obligando al material mediante la presión de una barreta a

adaptarse a la forma del molde o mandril que se emplee. Este mandril se fabrica de metal

o madera dura. Este proceso se realiza a un elevado número de rpm. (400 a 2 000). El

repulsado es una operación que requiere habilidad manual y esfuerzo físico del operario.

Clasificación de los procesos de conformación de metales según [1]

Los procesos de conformados en frió se clasifican como:

• Separación por partes

• Traslación por partes

Dentro de la Separación por partes tenemos como operación básica los Cortes y

como operaciones simples tenemos:

1. Corte simple

2. Punzonado

3. Recortado

4. Repasado

5. Corte parcial

6. Rotura

7. Sacabocado

Dentro de la Traslación por partes tenemos como operaciones básicas:

• Doblado

• Embutido

• Enderezado

• Acuñado

• Extrusión


12

Como cada operación básica tiene sus operaciones simples le ofrecemos a

continuación cada operación simple de dichas operaciones simples

• Doblado 1. Doblado simple

2. Enrollado

3. Rebordeado

4. Engrampado

• Embutido

1. Embutido simple

2. Embutido con estricción

3. Repujado

4. Rebordeado de agujero

5. Expansionado

6. Reducción

7. Conformación tensionada

8. Repulsado

• Enderezado

1. Enderezado

• Acuñado

1. Acuñado

• Extrusión

1. Simple

2. Revertida

3. Combinada

4. Lateral


13

Según [6] los métodos de elaboración por presión y sus procesos particulares

implican la deformación plástica del metal y pueden ser clasificados también atendiendo a

diversas razones por ejemplo:

- Por la temperatura a la que se consigue el cambio de forma en la pieza bruta:

procesos de conformado en frío y en caliente. Esta clasificación implica la temperatura a la

que se consigue el cambio de forma en el material; por debajo de la temperatura de

recristalización, proceso de conformado en frío, y proceso de conformado en caliente,

cuando la temperatura del material sobrepasa el límite de la temperatura de

recristalización.

- Por el volumen geométrico de la pieza bruta: procesos de conformación volumétrica y

procesos de conformación no volumétrica. Los procesos de conformación no volumétrica

se refieren a los procesos de conformado de chapas, mientras que los procesos

volumétricos implican semiproductos no planos.

- Por la velocidad a la que se deforma la pieza bruta: procesos de conformación

estática, dinámica y a altas velocidades.

- Por el esquema de deformación de la pieza, procesos de laminado, trefilado,

extrusión, forjado libre, forja en estampa, conformado de chapas.

El tratamiento del material en el que se forma una estructura con acritud se denomina

proceso de deformación en frío, caracterizado además, por la ausencia de

recristalización de la estructura, o sea, la aparición de nuevos núcleos de cristalización,

alrededor de los cuales surgen y crecen nuevos granos a partir de los fragmentos de los

granos deformados.

Con el objetivo de elevar la plasticidad del material y disminuir la magnitud del

esfuerzo necesario para la deformación, antes de trabajar el metal, este puede ser

calentado a una temperatura determinada. Después de someterse a tal tipo de

tratamiento, el material adquiere una estructura de recristalización sin restos de acritud,

dicho proceso recibe el nombre de proceso de deformación en caliente.


14

1.2 Aplicaciones y características generales de los procesos de estampado incremental de chapas según [7]

Debido a la gran flexibilidad de SPIF, se toma como viable su aplicación a pequeños

lotes de `producción y así mismo a lotes de piezas individuales, ya que el costo de

herramientas utilizados en el estampado incremental es mucho menor que el normalmente

utilizado en los procesos de estampado tradicional. Considerando que el estampado

`puede ser realizado con matriz bastante simplificada o sin matriz, con apenas una

herramienta de conformación (SPIF- single point incremental forming: estampado de punto

simple), el proceso se torna también viable para prototipados rápidos para materiales no

metálicos y también para trabajos artísticos, compuesto generalmente por piezas unitarias

las aplicaciones desenvueltas recientemente

Descripción general del proceso de estampado incremental con punto simple (EIPS)

El proceso según [7; 8] presenta una chapa a ser conformada en formato rectangular

(independientemente de la forma final de las chapa), con una espesura variando entre 0.7

y 1.5 mm dependiendo del tipo de material y sus características mecánicas. Esta chapa es

puesta en un dispositivo móvil, deslizándose paralelamente en el eje z de un sistema CNC

(eje vertical). el elemento de fijación evita el movimiento de la chapa mientras se este

realizando en proceso de estampado , creando así una deformación plástica en la chapa,

esa deformación plástica es generada por una herramienta rotatoria que se encuentra

acoplado e un eje árbol de un dispositivo CNC, que inicia el proceso de estampado

incremental de chapa deslizándose sobre la superficie de la chapa ,gradualmente , a

través de incrementos verticales negativos, realizando la conformación este proceso es

llamado Punto Simple(figura 3)siendo este punto determinado por la herramienta rotativa

de conformación.


15

Fig. 3: Proceso de estampado incremental[8]

Parámetros esenciales del proceso de estampado incremental con punto simple según[7]

Existen varios parámetros esenciales relacionados herramientas de estampado, a

chapas utilizadas en la conformación en las características técnicas de equipamiento

Incestos valores se trasladan en los eje X; Y y Z (en rotación en caso de eje Z), su

configuración en software CAM da el tipo de lubricante utilizado.

Con relación a la herramienta de estampado, es necesario definir su tamaño

(diámetro), su formato y su material. La combinación de estos datos interfiere en el tiempo

de manufactura, el acabado superficial y las limitaciones geométricas del producto final el

material de la chapa y su espesor define las limitaciones del proceso de estampado de

acuerdo con sus características mecánicas de confortabilidad. A velocidades radiales

(rpm) en el eje Z e velocidades lineales (mm por min) en los tres ejes también ejerce una

gran influencia en el acabado superficial y en el tiempo de manofactura. La estrategia da

camino al la herramienta y su paso vertical (profundidad de estampado), definidos por el

software CAM interfieren el tiempo, acabando y acudiendo geométricamente al producto

final. La existencia de un tipo de lubricación o de un tipo de lubricante utilizado produce

alteración en la temperatura de la chapa de la herramienta, la rugosidad superficial de la

chapa y el desgaste de la herramienta


16

Elementos constructivos de las herramientas, materiales, partes y otros.

Las herramientas para realizar este proceso reciben el nombre de troqueles y las

clasificaremos, para facilitar nuestro trabajo, de acuerdo con cuatro puntos de vista; así

tendremos:

Primera división. De acuerdo con las operaciones que realizan:

a) troqueles simples (realizan una sola operación simple)

b) troqueles progresivos (realizan mas de una operación simple sobre una pieza en

forma no simultanea)

c) troqueles combinados (realizan más de una operación simple sobre una pieza, pero

en forma simultánea). (Entiéndase aquí por simultanea en una carrera de la prensa y no

necesariamente.

Segunda división. De acuerdo con el numero de piezas terminadas simultáneamente

a) Sencillo (una pieza terminada por carrera)

b) Múltiples (más de una pieza terminada por carrera)

Tercera división. De acuerdo con el tipo de guía

a) De corte libre

b) Con placa guía

c) Con armazón de columnas.

Cuarta división

a) troqueles especializados (sirve para fabricar solo un tipo de pieza).

b) Troqueles universales (puede ser empleado para fabricar distintos tipos de piezas)

Estampado incremental con múltiples puntos.

Otro proceso es el estampado de punto doble o de múltiples puntos formado por un

punto de apoyo como se observa en la figura 4 colocando en sentido opuesto a la

herramienta que a través de movimiento sincronizada (interpolación lineal) da un


17

incremento vertical (Z) de la herramienta, con movimientos XY de la mesa del dispositivo

CNC, da forma al producto final

Fig. 4: Estampado incremental con punto doble o de múltiples puntos[3]

Otras variantes tecnológicas del proceso según[9]

Como otra variante tecnológica del estampado incremental de chapases es por

ejemplo la figuras que se muestran a continuación que no es mas que en el primer de lo

casos un mandril rotacional que es primeramente puesto sobre la chapa inicial y después

con un dispositivo auxiliar o (punzón) hace que la chapa adopte la forma deseada por el

fabricante. El otro ejemplo es el de una herramienta rotacional al que con la ayuda del

prensa-chapa es fijada en su superficie y luego con un punzón rotacional se le da el

recorrido longitudinal a la chapa hasta lograr la pieza deseada

Fig. 5: Otras variantes del estampado incremental de chapas[9]


18

Perspectivas de desarrollo de los procesos de EIPS







competitivos.

Para mantener la competitividad en el amplio mercado y producción de piezas por

conformación de materiales nacional e internacional, una amplia gama de nuevos

procesos están siendo explorados. Dos de esos procesos son el proceso de hidroforming

o conformación hidrostática y el proceso de estampado incremental de chapas. En estos

procesos de estirado de chapas se obtiene la forma final de la pieza deformando

plásticamente un semiproducto de chapa inicial. En cada operación, la obtención de una

pieza libre de defectos depende de una gran cantidad de parámetros relacionados con las

características mecánicas y estructurales del material y con las características de las

herramientas y máquinas del proceso en sí.

A medio plazo, esta nueva tecnología deberá reemplazar los procesos tradicionales

empleados para producir series cortas, prototipos y para el prototipado rápido (en este

caso para materiales no metálico). A largo plazo, generará cambios fundamentales en el

mundo de la fabricación por conformación de chapas, permitiendo la fabricación de

productos con diseños avanzados cuya elaboración tradicional es demasiado costosa y

poco efectiva para las tecnologías actuales, como por ejemplo, los procesos de fundición

de piezas, de soldadura y los de maquinado por arranque de virutas.

Gracias a la tecnología de conformado incremental de chapas, se podrá dar una

solución tecnológica y económica a las empresas que producen series cortas o prototipos

y se ven obligadas en la actualidad a elaborar sus productos en otros materiales, con otros

diseños o por otros procesos de manufactura para evitar los problemas asociados a las

tecnologías tradicionales de estampado


19

Aplicación Industrial de ISF:

La aplicación industrial del estampado incremental según[7; 10] es destinada a la

fabricación de pequeños lotes de piezas con cambios constantes en su geometría,

posibilitando flexibilidad y economía, ya que utiliza herramientas simples y baratas es

comparada con la matriz tradicional del estampado.

• Área especifica de la aplicación según[7; 10]

1. Industria Automovilística: chapas automóviles (interiores y exteriores). La ventaja en

este caso seria la gran flexibilidad de alteración del diseño y el costo básico, ya que no

seria necesario la producción con nuevos moldes. El la figura que se muestra a

continuación se enseña un ejemplo de estampado incremental progresivo ,completado con

un corte de chapa;

Fig.6: Aplicación reciente del estampado incremental[7; 10]

2. industria mobiliaria: muebles de acero con formas redondas ,de difícil producción

comercial ,debido a su costo;

3. utensilios domésticos de pequeño porte: objeto metálico de espesor fino y forma

geométrica compleja;

4. industria médica: fabricación de prótesis metálicas para sustituir partes de huesos

perdidos en accidentes. La figura que se les muestra a continuaciones la ilustración de un

caso real de reconstrucción de cráneo de una victima de un accidente automovilístico;


20

Fig. 7: Aplicación de ISF en la medicina[7]


21

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I

• Como conclusión tenemos que se hizo una revisión bibliográfica del Estampado

Incremental de Chapa donde se abordaron una serie de parámetros de vital importancias

a la hora de hablar sobre este proceso. El desarrollo de dicho proceso, permitirá un

ahorro en cuanto a fabricación y mantenimiento de costosas herramientas lo que los

hacen sostenibles y energéticamente muy competitivos.

• Como se expuso anteriormente en la búsqueda bibliográfica el estampado

incremental se presenta como una alternativa para la producción de piezas a partir de

chapas metálicas y también como nueva tecnología puede reemplazar fácilmente los

procesos tradicionales empleados para producir series cortas, prototipos y para el

prototipazo rápido. A largo plazo, generará cambios fundamentales en el mundo de la

fabricación por conformación de chapas, permitiendo la fabricación de productos con

diseños avanzados cuya elaboración tradicional es demasiado costosa y poco efectiva

para las tecnologías actuales, como por ejemplo, los procesos de fundición de piezas, de

soldadura y los de maquinado por arranque de virutas.

CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple

22

CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple.

2.1 Estampado incremental con punto simple. Factores tecnológicos críticos que deciden sobre el proceso

Parámetros tecnológicos esenciales del EIPS

Como en cualquier proceso de fabricación, existen algunos parámetros y variantes

inherentes al proceso que serán controlados para que el proceso en cuestión atienda

plenamente los requisitos de calidad y productividad.

En el proceso de estampado incremental algunos parámetros son relevantes, como

el paso vertical, mitos estudiados por pesquisidores de estampado incremental[8].

1. Tamaño de la herramienta

El tamaño de la herramienta es utilizada en el estampado incremental determina la

calidad superficial de la pieza y también el tiempo de fabricación de la misma. Cuanto

menor sea el diámetro de la herramienta, mejor será la calidad superficial de la pieza para

un mismo valor de paso vertical. Pero, una herramienta con un valor de diámetro medio

elevado no puede copiar los pequeños detalles de la pieza al ser fabricado

A continuación le pondremos ejemplos de distintas piezas que fueron realizadas con

herramientas de diámetros variados

Tabla 1: diámetros utilizados por las herramientas [8]


23

2. Influencia del incremento vertical

El incremento vertical del estampado incremental afecta principalmente dos factores

del proceso: la calidad superficial y el tiempo de conformado.

Pequeños incrementos verticales favorecen el acabado superficial de la pieza

conformada pero esto trae como consecuencia que ocurre un significativo aumento del

tiempo de conformación. Un aumento del incremento vertical reduce el tiempo, pero toma

una superficie con una calidad superficial inferior.

Limitación del proceso con relación a la geometría de la pieza.

Así como en otros procesos de conformado (Forjado, Estampado Convencional)

existen valores máximos de ángulos que definen ciertas regiones de la pieza, a fin de que

sea posible su manufactura. En el caso del ISF, estudios recientes apuntan que para un

ángulo máximo de paredes de chapa de 65 grados, conforme esta ilustrado en la figura

que les aparece a continuación. Ultrapasando este valor, se torna muy frecuente a una

ruptura, o, en el mínimo de los casos, a una disminución drástica del espesor de la chapa,

causando una básica resistencia mecánica localizada.[8]

Fig. 8: Angulo máximo de las paredes[8]

El ángulo máximo de estampado es determinado por la relación entre el espesor de

la chapa y su ángulo de conformación, dada por la ecuación:

Donde t 0 es el espesor original de la chapa, t 1 es el espesor de la chapa medida en

un determinado tiempo del proceso de conformación yα es el ángulo de inclinación de la

chapa en este mismo punto. En la figura 9 se muestra el comportamiento de la chapa, en


24

relación al ángulo de inclinación de la pared y su relación con la disminución de su

espesor. El espesor de mm1 es utilizada como por ejemplo, más de una variedad,

independiente del espesor de la chapa, ángulos de paredes próximos a 90 0 , considera un

único estado de estampado, tienden a producir secciones extremadamente finas, que

obviamente consiste un problema ha ser evitado.

Fig.9: relación entre el ángulo de la pared y el espesor de la chapa en el proceso de

estampado incremental [8]

Debido a las limitaciones de geometría el nuevo proceso de ISF con múltiples

estados, originalmente aplicados a la geometría compleja del estampado convencional,

fue diseñado para posibilitar ángulos finos de conformación menores de 65 0 .

Factores que influyen en la precisión de las piezas

Varios parámetros afectan al proceso de estampado incremental con un punto simple

y, por tanto, desempeñan un papel en la precisión. En realidad, se deberán resaltar entre

los parámetros del proceso (diámetro de la herramienta, la profundidad entre los pasos,

velocidad de rotación de la herramienta y el uso de lubricante), parámetros del material

(endurecimiento por deformación, la anisotropía normal) y los parámetros relacionados

con el diseño de la pieza a ser fabricados (el ancho del espesor, la geometría, la pendiente

de la componente superficies) [11]. Es bastante obvio que los "grados de libertad" para el

proceso de diseño se relacionan principalmente con la elección de los parámetros del

proceso, mientras que la parte material y la geometría en general, no se puede modificar.


25

En lo que respecta a la primera, un trade-off es generalmente perseguidos con el fin

de garantizar el material necesario garantizar formabilidad producto así como la precisión,

la rugosidad de la superficie aceptable y limitado tiempo de proceso. Por ejemplo, aunque

una menor profundidad de paso reduce la rugosidad de la superficie, se requiere un mayor

número de repeticiones de la herramienta para completar el proceso y, por tanto, aumenta

el tiempo de procesamiento de la reducción de la competitividad de la industria[12].

Además, un mayor diámetro de la herramienta mejora la calidad superficial pero reduce

formabilidad material, debido a la mayor superficie de contacto[13]. Como consecuencia,

la selección de los parámetros del proceso se deriva del mejor equilibrio entre las

diferentes ya veces opuestas limitaciones.

Las consideraciones anteriores destacar la cuestión de la idoneidad para el industrial

incremental Formación. En realidad, además del alto tiempo de procesamiento, difusión

SPIF es hoy limitada por la falta de conocimientos disponibles que le hace apto sólo para

determinadas aplicaciones industriales, donde la satisfacción de una necesidad muy

personalizado puede justificar la actividad de investigación necesarias para el proceso de

puesta en marcha [14; 15]. Sólo el desarrollo efectivo de las líneas-guía, capaz de poner

de relieve cuidadosamente los vínculos entre los parámetros del proceso y los resultados

pertinentes (conformabilidad, aspereza, la exactitud y así sucesivamente) mejorará SPIF

idoneidad.

Algunas otras consideraciones importantes se refieren a la sujeción del dispositivo en

sí y la geometría de la pieza que se formó. Es evidente que la precisión depende de la

posición de la formación con respecto al sistema de sujeción. La distancia entre la

formación y el marco de sujeción debe ser el mas pequeño, en para minimizar el efecto de

flexión en el espacio en blanco durante la primera vueltas de la herramienta.

Similares conclusiones pueden extraerse al examinar los efectos de la geometría de

la forma en la calidad final de la pieza. La presencia de los rincones, o de doble curvatura,

en general, parte discontinuidades límites movimientos indeseados en blanco proceso y

aumenta la precisión.


26

Limitaciones de las piezas en relación a las variaciones del espesor

Durante el proceso de estampado incremental la chapa es fijada en un prensa-

chapa.

En este caso, ocurre un estiramiento a medida que la pieza es conformada y, por

tanto el espesor de las paredes laterales es reducido para obtener la Ley de Constancia

de Volumen. Para prever la reducción del espesor de las paredes, Hirt (2003) muestra que

es posible utilizar la ley del seno.[8]

La ley empírica del seno relaciona al espesor inicial de la chapa con el espesor final y

el ángulo de las paredes como se muestra a continuación en la siguiente ecuación:[8]

)090(*01 α−= sentt

Donde:1t es el espeso final de la pieza

0t es el espesor inicial de la chapa

α es el ángulo de estampado

Como puede haber visto en la figura que les aparecerá a continuación la sección de

la pieza producida con un espesor inicial de mmt 5,10 = presentando una pared con un

espesor final de mmt 14,11 = para un ángulo de inclinación de 040 y para el calculo de la

ley del seno este valor seria 1,15mm

Fig. 11: demostración de la ley del seno [8]


27

Hirt (2003) también muestra en la figura 11 para una chapa de aluminio Al 99,5 el

ángulo vertical máximo posible para ser realizado el estampado incremental en un único

estado varia entre 070060 y sin la ocurrencia de ruptura

Fig.11: ocurrencia de ruptura en la pieza con un ángulo lateral de 065 [8]

Hussain y Gao (2006) realizaron un conjunto de de experimentos con el objetivo de

determinar cual es el ángulo máximo de la pieza conformada por estampado incremental

sin ocurrencia de ruptura.

Los experimentos fueron realizados a través de proceso no asistido por una matriz en

el centro de insignia de tres ejes que conforman una chapa de aluminio AA1050 con

0,91mm de espesor formando una pirámide de base circular. Como se muestra en la

próxima figura ellos también realizaron experimentos variando el ángulo lateral de 04,68 a 066 donde fue verificado que las piezas a, b y c con un ángulo de 04,68 , 067 y 05,66

respectivamente presentando ruptura en cuanto que la pieza d con un ángulo lateral de 066 no presenta ruptura.

Para superar este obstáculo de reducción severa del espesor en piezas que

necesitan de ángulos de paredes superior al limite de ocurrencia de de ruptura es

necesaria la ecuación de estampado incremental en multiespacio.

Precisión Dimensional del Estampado Incremental

De acuerdo con Micari los principales parámetro que afectan la precisión de

dimensional de una pieza fabricada por estampado incremental de chapa son: diámetro de


28

la herramienta, valor del paso vertical, velocidad de rotación de la herramienta, lubricante,

propiedad del material, geometría de la pieza y espesor de la chapa.[8]

Fig.12: ocurrencia de ruptura en función del ángulo lateral [8]

a) Angulo lateral de 04,68

b) Angulo lateral de 067

c) Angulo lateral de 05,66

d) Angulo lateral de 066

La investigación realizada por Ambrosio en el (2004) apunta que el estampado

incrementa como proceso de conformado que puede producir piezas con forma compleja

sin necesidad de una herramienta cara y compleja, sin embargo mostrará la necesidad de

prever el comportamiento del material durante la conformación y, consecuentemente,

preverle retorno elástico que puede modificar el formato deseado de la pieza estampada

incrementalmente.

Para la realización de los ensayos, utilizaron el proceso incremental no asistido por

matriz en un centro del usillo CNC, conforme aparece en la tabla 2. La materia utilizada


29

fue una chapa de aluminio AA1050 con 1mm de espesor. La pieza producida fue una

pirámide de base rectangular de 160mm y una altura de 50mm.

Los principales parámetros que forman el testado durante el proceso fueron el

diámetro de la herramienta y el incremento vertical ∆z, como aparece en la taba que

aparece a continuación.

Tabla 2: parámetros utilizados en los experimentos [8]

Después de la conformación, la pieza obtenida fue digitalizada en un sistema láser y los

datos obtenidos fueron controlados con los modelos CAD. La figura 13 presenta los

resultados obtenidos entre la geometría CAD y la pieza obtenida en el ensayo #1.

Fig.13: dos estados de los ensayos a través del método no asistido por matriz[8]


30

Fig.14: comparación entre los contornos del modelo CAD y la pieza obtenida en el

ensayo.[8]

Después de la digitalización de todas las piezas obtenidas los experimentos fue

posible verificar el error dimensional entre el modelo CAD y las piezas de los ensayos

resultando las siguientes consideraciones según [8]:

a) las menores diferencias dimensiónales fueron verificadas en la intercepción entre la

base de la pirámide y las paredes laterales. Este efecto fue verificado debido a la distancia

entre el prensa-chapa y el inicio de la base de la pirámide conformada;

b) los modelos presentan errores geométricos también en las paredes verticales, pues

estas presentan una curvatura en virtud al efecto de retorno elástico. Ese efecto es menor

que la región central de las paredes que las regiones próximas a los bordes que posee

mayor rigidez geométrica;

c) aun cuando los errores geométricos no podrán ser eliminados del proceso no

asistido por matriz la opción del diámetro de la herramienta puede minimizarlos. El ensayo

3muestra una mejor precisión dimensional con la herramienta de menor diámetro y de

menor paso vertical;

d) sin considerar la región próxima a la fijación los errores de la geometría forman la

orden de 1mm en las regiones restantes.

Duflou en el año 2005 investigo el efecto de la precisión dimensional en un proceso

de estampado incremental no asistido por matriz para la producción de piezas mostradas

a continuación.


31

Fig.15: modelo en CAD de la pieza utilizada en las pruebas.[8]

Estas pruebas fueron realizadas en una chapa de aluminio AA-3003 con 1,2mm de

espesor que fue conformada a través de una herramienta de geometría semi-esférica con

12,7mm de diámetro. Una estrategia de conformación en paso vertical constate fue

utilizada después de la conformación, la pieza fue digitalizada con un sistema de captura

de datos a láser y los valores obtenidos entre los datos capturados y el modelo CAD,

donde pueden ser observados las regiones oscuras que presenta un desvió en la

geometría de 2,8mm

Fig.16: comparación entre el modelo CAD y la pieza real obtenida en la prueba[8]

Ambrógio en el 2006 también verifico la precisión dimensional obtenida en el

estampado incremental no asistida por matriz. Para eso fue utilizada una chapa de

aluminio AA-1050 con 1,5mm de espesor para conformar una pieza con geometría de

tronco pirámide de base cuadrada con una herramienta de 12,5mm de diámetro. La

próxima figura muestra la geometría en el experimento así como las regiones donde

fueron efectuados los cortes para medición de la precisión dimensional


32

Fig. 17: Geometría CAD de la pieza utilizada en las pruebas y planos de corte para

medición.[8]

Después de la medición del perfil de la pieza los valores obtenidos fueron

comparados con el perfil del modelo CAD de la pieza utilizada en lo experimentos. La

figura que aparece a continuación muestra la diferencia encontrada principalmente las

regiones planas.

Fig.18: comparación de los perfiles CAD y da la pieza obtenida en lo experimento.[8]

Limitaciones del proceso en relación a los materiales

Existe varios materiales para efectuar el estampado incremental pero el mas utilizado

es el aluminio[7].

1- El aluminio en general posee el limite de fluencia no tan pronunciado como la

mayoría de los aceros (el limite del aluminio puro es de aproximadamente 12,7MPa). En

caso de acero dulce (que contiene menos de 0,06% d de carbono en cuya estructura es

esencialmente ferrífica), la presencia del nivel de fluencia permite una fácil identificación

de tensión de fluencia.

2- Para el aluminio, esta tensión es identificada gracias a una deformación específica

residual convencional de 0,2 % como puede ser observado en la siguiente figura


33

Fig.19: Curva de tensión por deformación para acero y para aluminio[8]

Con relación a las condiciones de estampabilidad, las chapas no presentaban, al

principio, buenos resultados. Esto ocurre cuando el aluminio comercialmente puro

(99,33%) es un material anisotrópico, o sea, para una misma solicitud mecánica, la

deformación del espesor será mayor que el largo (r m >1). De esa forma se deforma la

chapa en un proceso de estampado, habiendo una gran reducción del espesor para una

pequeña variación del alargamiento.

3- A pesar de estas condiciones iniciales adversas, el proceso de estampado

incremental para chapas de 0,5mm de espesor presenta algunas ventajas observadas en

estos tres aspectos:

Cuando es comparado con el estampado incremental de aceros[8]

1. Profundidades alcanzadas (50-70mm), permitiendo grandes deformaciones,

considerándose una anisotropía, o sea, presenta baja ductilidad;

2. Menor gasto de tiempo para el estampado, pues se utilizan pasos verticales de

hasta 1mm y velocidades de avances de hasta 1.500 mm/min;

3. Poco esfuerzo para el eje Z de las maquinas CNC, ya que el material ofrece menor

resistencia a la deformación elástica ;

4. )000.196;000.69( cos MPaEMPaE AAL ≅≅

5. Pequeñas discrepancias geométricas entre los modelos CAD y la pieza real (bajo

retorno elástico );

6. Posee un coeficiente de rozamiento es igual a la de los aceros en general, que es

de 0,.05 es menor que lo aceros inoxidables, que presentan el valor de 0,1;


34

En cuanto a las aplicaciones comerciales del aluminio en general [8]

1. tienes densidades aproximadamente de un tercio de la del acero, tornando los

productos mas leves;

2. excelente resistencia a la corrosión y durabilidad;

3. buen conductor del calor, siendo muy utilizado en utensilios domésticos (general

mente en la cocina);

4. posee óptima resistencia a la corrosión, ofreciendo durabilidad para el producto

final;

5. posee bajo peso especifico;

6. pueden ser conformadas variedades de piezas de diferentes formas;

En cuanto a la adaptación de estrategias CAM [8]

Aunque no sea una característica exclusiva, la conformación de chapa de aluminio

por estampado incremental obtuvo éxito con el uso de la trayectoria helicoidal, definida y

configurada en software CAM. Esta trayectoria hace que la herramienta este en contacto

permanente con la chapa, evitando deformaciones y marcas indeseadas en el producto

final. Estas combinaciones traen como consecuencia tres mejoras considerables:

a) aumentar la conformidad geométrica;

b) mejorar el acabado superficial;

c) disminuir el tiempo de manufactura;

Entre todas las ventajas antes descritas la relación entre los módulos de elasticidad

es el más importante, si se trata del costo de producción, ya que la energía consumida

para deformar la chapa de aluminio es menor. Además de lo dicho esa propiedad del

aluminio es tiene la ventaja de dar a las estructuras una elevada capacidad de amortiguar

golpes y reducir las tensiones producidas por la variación de la temperatura.


35

2.2 Aplicaciones industriales del Estampado incremental con punto simple.

Ejemplos de aplicaciones industriales. Piezas

Dentro del amplio campo de aplicación del estampado incremental de chapas existen

varias industrias que se destacan por la gran aplicación que le dan ha esta tecnología. A

continuación se le ofrece la influencia que a traído como consecuencia la aplicación del

estampado incremental de chapa en dichas sectores industriales.[4]

Sector Aeronáutico

ISF no debe considerarse como un sustituto de las tecnologías existentes. Debería

considerarse como un complemento o para la fabricación de componentes específicos.

La tecnología debe ser lo suficientemente flexible como para adaptarse a muy

diferentes geometrías, los materiales (aluminio, titanio,...) y condiciones.

En general, se debe utilizar para los componentes muy específicos que requieren

un número reducido de piezas. Podría ser utilizado para la fabricación de componentes

para aeronaves de tamaño mediano.

Investigación aplicada al sector de la aeronáutica también se centró en la formación

de nuevos materiales, como el titanio.

Fig.20: Ejemplo de un conducto de aire componente (Y-manguera) fabricados por la

ISF en el DC04 de acero mediante el uso de estrategias avanzadas de la conformación[4]


36

Sector automovilístico

Empresas de estampado de partes automotrices dispositivos normalmente no baja

del tamaño de lotes de fabricación.

ISF no es útil en la etapa de prototipos, porque los conocimientos obtenidos

durante prototipos que se necesita para la fabricación no están definidos. ISF podrían

utilizarse en paralelo en la fase de prototipos para reducir el "tiempo para el cliente", pero

la viabilidad económica no está claros.

Algunas partes de automóviles están fabricados en materiales no metálicos (por

ejemplo, poliéster), porque en la hoja de metal de fabricación no es posible.

Sintonización de la industria requiere de alta personalización de sus productos.

ISF podría reducir el problema de almacenamiento de molde de gran parte con un

largo ciclo de vida

Honda ha elaborado un concepto de vehículo con el capó y guardabarros

fabricados por la ISF (Salón del Automóvil de Tokio de 2005).

Fig.21 Parte de escape, SUS430 2, 5[4]

Fig.22: Fender, SPCE 0,8 mm[4]


37

Sector del Prototipazo Rápido

Empresas que trabajan en Rapid Prototyping o Prototipado Rápido se dedicó

principalmente al sector de la automoción, por lo tanto, se han mostrado los mismos

problemas antes de la aplicación de la tecnología de la ISF.

Muchos prototipos que se desarrollan en materiales no metálicos, ya que no

cuentan con la tecnología adecuada para transformar la hoja de metal. Es un sector que

puede ser recuperado para la aplicación de la hoja de metal.

Desde su actual punto de vista, podría ser interesante para aplicar la tecnología de

la ISF a diferentes materiales, como plástico o fibras.

Más precisión es necesaria para algunas aplicaciones específicas.

Otros Sectores

Hay muchos sectores de alta demanda de personalización en sus productos

(muebles, decoración, arte,...). Debido a la alta personalización, normalmente bajo los

lotes de tamaño requerido.

Hay una empresa italiana (MONTES srl) fabricación de mobiliario de diseño (lotes

de hasta 20 partes) de la Hoja de Formación incremental.

En el sector biomédico, los productos que normalmente se fabrican de acuerdo a

las necesidades específicas de los pacientes. Un prototipo de un apoyo de tobillo ha sido

desarrollado por la Universidad de Calabria (J. Mater. Proc. Tecnología. 162-163 (2005)

156-162).

El arte también debe ser considerado como un potencial usuario final para el sector

de la tecnología de la ISF.

A continuación le ofrecemos ejemplos de piezas fabricadas en otros sectores


38

Fig.23: grupo de Diseño, A1050 1 mm [4]

Fig. 24: Tapered Copas, A1050 1mm [4]

Consideraciones Generales según [4]

28 solicitudes fueron analizadas con el fin de buscar el interés de la elaboración por

la ISF.

Principales limitaciones para la aplicación industrial de la ISF son: la tolerancia

geométrica, definición y función de radio de espesor del material.

Principal campo de aplicación se encuentra en bajos volúmenes de productos de

alto valor con un tamaño de lote inferior a 100 unidades, o productos que requieren de

herramientas de alto costo.

ISF también pueden ofrecer nuevas vías de proceso para algunos productos

existentes que actualmente no son fabricados por prensado o el hilado.


39

La formación de la Hoja de tecnología incremental es bastante desconocido para la

industria. Muchos usuarios potenciales no saben que existe esta tecnología (más del 80%

de los usuarios potenciales en contacto con FATRONIK).

No hay mucha actividad de investigación sobre incremento Hoja Formación en

Europa, en comparación con otros procesos de fabricación.

Muchas empresas que utilizan esta tecnología para la fabricación de productos de

hoja tienen problemas para encontrar los clientes que requieren la utilización de la ISF, la

tecnología para la fabricación de sus productos. Estas empresas están normalmente

dedicados a varios sectores industriales. No se trata de buscar una aplicación específica,

pero tienen una oferta diversificada.

Difusión, formación y actividades de comercialización de la ISF, la tecnología son

necesarias para mejorar su utilización para la fabricación de productos industriales y para

que la industria conoce la capacidad de esta tecnología.

Principales ventajas y desventajas del proceso como alternativa a la producción de series cortas de piezas y en la elaboración de prototipos

Según Jeswiet (2002) hay nuevos métodos de estampado que permiten que piezas

atomizadas puedan ser fabricadas en pequeñas cantidades en un corto periodo de

designación de manufactura. Já Rodríguez (2005) argumenta que la conformación de

materiales es de una forma general es largamente utilizada en aplicaciones industriales,

portando la utilización del proceso de estampado incremental es perfectamente viable en

las siguientes aplicaciones:

a) Piezas de reposición: la fabricación de piezas de reposición, en situaciones en

que el fabricante original de la pieza no fabrica más la misma o que no posea más la

herramienta de estampado convencional disponible. Un ejemplo típico es la fabricación de

piezas para vehículos automotores antiguos.

b) Pequeños lotes: la producción de pequeños lotes por el método de estampado

convencional exige la fabricación de la herramienta que se ha utilizado en una prensa.

Portando, el costo final de cada pieza del lote será elevado debido al retiro del costo de la


40

fabricación de la herramienta. Como el proceso de estampado incremental exige una

herramienta de bajo costo, el precio unitario de cada pieza es significativamente reducido.

c) Prototipado rápido: la etapa de desenvolvimiento de nuevos productos, muchas

veces no es suficiente ni viable económicamente a la simulación computacional. Esta

situación es más necesaria para la fabricación de una pieza prototipo para análisis

funcionales y de forma. Con la utilización de proceso de estampado incremental es posible

construir uno o mas modelos de forma rápida y económica, con la gran ventaja de

Fig.25: Ejemplo de productos fabricados por estampado incrementa[7]

En el año 2003 el famoso científico Hirt mostró los beneficios del estampado

incremental en cuanto al medio ambiente, principalmente debido a la baja energía utilizada

en el proceso, así como la generación de ruidos

Métodos y técnicas asociadas al estampado incremental[8]

El proceso de ISF en la fabricación de pequeños lotes de piezas es muy atractivo

porque el uso de un centro de mecanizado o fresadora CNC, con tres ejes puede ser de

metal en forma de hojas. Debido a la evolución actual de las máquinas-herramientas con

control numérico y software de CAD y CAM hace que este proceso es extremadamente

flexible y de costo relativamente bajo debido a que no utilizan herramientas.


41

Actualmente, podemos mencionar tres grandes variaciones del proceso gradual de la

impresión: el método de la matriz no está soportado por el método semi-asistida y el

método de matriz asistida por matriz.

Método no asistido de la matriz [8]

En tal caso, la placa se fija por un sistema de prensa de placas acoplado

directamente a la mesa de la máquina, tal como se muestra en la Figura que aparece a

continuación.

Fig.26: Proceso no asistida por matriz[8]

Una herramienta con punta semi-esférica, normalmente es utilizada y la misma

realiza sucesivas pasadas verticales con incrementos en el orden de 0,2 a 2 mm que se

activa la conformación de la pieza deseada.

Este método puede emplearse en la fabricación de piezas que no requieren estampado en

dirección opuesta, es decir, toda la configuración se realiza utilizando un solo dirección.

Tiene la ventaja de esta variación de la ISF, el costo de las herramientas utilizadas.

Aunque este método es extremadamente versátil y flexible, una de sus limitaciones

es la conformación de piezas planas con regiones. Debido a la falta de apoyo en estas

regiones a formarse, tienen una desviación mayor que el valor de distancia a la puesta en

la prensa placas.

Método semi-asistido por Matrix.[8]

El proceso de impresión y por el incremento de semi-matriz, que se muestra en la

próxima figura, se caracteriza por el uso de un dispositivo muy similar al proceso no


42

asistido por la matriz, sin embargo en este caso más allá de los contactos llevados por la

herramienta contra la placa, llevado por un contacto con los medios de comunicación.

Fig.27: proceso semi-asistido por matriz[8]

En este caso hay placas de la prensa-con un sistema de altavoces que guía y un

apoyo ayuda a la conformación, lo que permite una mayor precisión en el orden y la

observancia del cumplimiento a la inversa, es decir, de arriba abajo.

El medio puede ser construido de tal manera que sólo apoyará la región de interés de

la pieza compuesta, como podemos ver en la Figura anterior.

El costo de la herramienta es más alta que la utilizada en el proceso, no la asistencia

de matriz, ya que cuando se utiliza clavijas y columnas, necesitamos una mayor precisión

dimensional en la fabricación y, por consiguiente, el uso de equipos de costos los niveles

operacionales.

Mediante el uso de los medios de comunicación con el grado de precisión

dimensional de la pieza impresa alcanzado es mayor que el método no es compatible con

la matriz.

Método asistido por matriz[8]

El método de conformación incremental asistida por matriz tiene la característica principal

uso de una matriz de soporte. Esta variación de la ISF, es también conocido como

Estampado Incremental con Punto Doble, debido a dos puntos de contacto con la chapa,

la herramienta y la matriz. Como se muestra en la Figura que aparece a continuación, el

método asistido por matriz tiene el mismo sistema de prensa-chapa que el método semi-

asistido por matriz y en lugar de un soporte local utilizase un soporte de la matriz general,


43

con materiales blandos y de bajo costo, tales como madera, plástico o resina. Debido a

que son materiales de baja dureza de la fabricación se realiza rápidamente y con bajo

costo de herramientas de corte, además de revisar el manual con facilidad.

Fig.28: proceso de estampado asistido por matriz[8]

La función principal de la matriz es permitir la ejecución de las piezas que requieren mayor

precisión dimensiones y geometría con las regiones que han invertido.

Dispositivos Utilizados[8]

Para la fijación lateral de la chapa durante el proceso de estampado incremental el

sistema de fijación una prensa-chapa, desempeña un papel fundamental para el suceso

del proceso.

El sistema de fijación desempeña diversos papeles durantes el proceso de

conformación. El es el responsable por la fijación, posicionamiento y en algunos caso es

responsable por la aplicación de la fuerza de tracción de la chapa.

Para la fijación de la chapa durante el proceso de estampado incremental el sistema

de fijación desempeña un papel fundamental para que se obtenga una pieza perfecta y

libre de imperfecciones.

Como es mostrado en la próxima figura el dispositivo utilizado en un proceso de

estampado incremental no asistido por matriz, consiste básicamente en una prensa-chapa

asistido por cuatro columnas fijas sobre una base.


44

Fig.29: dispositivo utilizado en un proceso de estampado incremental no asistido por

matriz.[8]

Las figuras que aparecen a continuación presentan los dispositivos utilizados para la

realización del ISF lo cual consiste en una base con un conjunto de columnas y soporte

para la prensa-chapa. El centro de la base de fijación existe el llamado soporte que como

se presenta en la primera figura es un cono que proporciona un soporte en un

determinado lugar de la geometría de de la chapa permitiendo la realización del

estampado incremental reversa como muestra la segunda figura. El estampado en reversa

permite la realización de una pieza con mayor precisión dimensional que el método no

asistido por matriz.

Fig.29: dispositivo de fijación para el proceso semi-asistido[8].


45

Fig.30: estampado en reversa.[8]

A través de la regulación de presión del prensa-chapa es posible determinar si la

chapa se ira a deslizar o no durante el proceso, o sea, la misma será embutida, estirada o

la composición mixta entre el embutimiento y el estiramiento. Este comportamiento permite

que se controle el arrugamiento o la fisuración de la misma.

Máquinas herramientas empeladas para el procesos de Estampado Incrementa.[8]

El principal requisito para la ejecución del estampado incremental es que la misma

debe ser controlada numéricamente y tener el mínimo de tres ejes comandos. Aunque

existan fabricantes de equipamiento especifico para este proceso, como presenta la

próxima figura la utilización del centro de maquinado de las fresadoras CNC posibilitan el

empleo de esta técnica en la mayoría de las industria actualizadas tecnológicamente.

Los estudios realizados por científicos muestran que las fuerzas alcanzado en el ISF

son significativamente inferiores a aquella realizadas en un proceso de maquinado. De

esta forma las maquinas utilizadas para operaciones de fresado están suficientemente

dimensiones para la ecuación del ISF.

La gran ventaja en la utilización de un centro de maquinado para aplicaciones de

estampado incremental es que la misma maquina es utilizada para fabricación de

herramientas utilizadas en el SPIF y cuando la pieza conformada posee fracciones en las

áreas cortadas estos funcionamientos pueden lograrse directamente en la máquina en una

única estructuración.


46

Fig. 31: maquina especialmente construida para ISF.[8]

Herramientas utilizadas según[8]

Para la ecuación del proceso de estampado incremental uno de lo elementos para el

suceso de este proceso es la herramienta utilizada.

Diversos tipos y formatos de herramientas están siendo utilizados en los centros de

investigaciones y en algunas industrias que ya utilizan el estampado incremental en

alguna etapa del proceso productivo.

Algunos estudios de científicos como Hirt fueron realizados con herramientas con

punta esférica con diámetros que varían entre 6y 30 mm. Estas herramientas fueron

fabricadas en un metal duro.

Otro modelo de herramienta fue presentado en los estudios de Junk, Hirt y

Chouvalova en el 2001 es un modelo de herramienta compuesta por una esfera con

diámetro de 13 mm fabricada en CBN (Cubic Borun Nitridi), fabricada por la empresa

Ecoroll. Esta esfera es fijada en un alojamiento con la extremidad conformada en forma de

anillo. Dentro del alojamiento de aceite de alta presión, aproximadamente 320 bares,

comprime a la esfera contra la extremidad conformada y también favorece la lubricación

durante el proceso de estampado. Puede hacerse una analogía de una pluma

esferográfica dónde la tina se compararía con el aceite de la lubricación durante el

timbrado.


47

Existe otros modelos de herramientas aplicadas en al proceso como, por ejemplo,

herramientas compuestas por puntas de rotación libre, el que permite el roleado de la

misma sobre la superficie que esta siendo conformada sin que se cree una fricción

significativa durante el proceso. Los estudios realizados por Murata en 1999 muestran que

la utilización de una herramienta multicabeza permite el conformado de una pieza con

significativa reducción de la ocurrencia de arrugas y con precisión dimensional mas

elevada.

El rozamiento de la herramienta con la superficie debe ser lo menor posible, por

tanto, más allá de la utilización de lubricantes, es esencial que la punta de la herramienta

tenga una rugosidad superficial lo menor posible.

La herramienta utilizada para el proceso de estampado tiene influencia directa en

diversos parámetros del proceso, como, la rugosidad superficial y la distribución de

tensiones en la región que esta siendo conformada, por ejemplo.

El formato de la herramienta normalmente usado es del tipo cilíndrico con la punta de

forma semi-esférica, como presenta en la figura que le aparece a continuación, con

diámetros que pueden variar conforme a la necesidad impuesta por la geometría de la

pieza. En otros términos, las áreas con los rayos pequeños exigen el uso de herramientas

con rayos pequeño. Mientras usted pregunta que pieza superficies de los detalles

pequeños puede usarse las herramientas con el diámetro más grande.

Fig.32: ejemplo de pieza utilizada.[8]


48

Cuanto mayor sea el diámetro de la herramienta mayor puede ser el incremento

durante la conformación, manteniéndose una calidad superficial aceptable y una

significativa reducción del tiempo de conformación.

El acabado superficial de la herramienta debe ser lo mas pulido posible, permitiendo

así, una significativa reducción de el rozamiento entre este y la pieza.

Como el contacto pieza/herramienta es muy intenso provocando un alto índice de

desgaste por rozamiento, el material utilizado para la fabricación de la herramienta debe

tener propiedades especificas para este fin. Las herramientas de aceros comúnmente

utilizadas para la fabricación de estampas y matrices cumplen perfectamente las

exigencias por el proceso de ISF.

Lubricación

La lubricación disminuye la cantidad de trabajo y el endurecimiento de la superficie

potencial para ser dañados por fricción. Reagan y Smith [16] discutir varias opciones para

la lubricación, lo que dependerá del tipo de material y tienda de la temperatura. Tres

tradicionales lubricantes son: velas de sebo, el sebo se mezcla con aceite, jabón y se

mezcla con el petróleo. La vela de sebo lubricante se aplica directamente al material,

mientras que las otras dos mezclas deben estar preparadas de antemano. Un buen

lubricante permanece en la superficie en blanco y se aplica a menudo en pequeñas

cantidades [16].

Los primeros estudios de Avitzur[17], Kobayashi [18]y Kalpakcioglu[19], en la década

de 1960, se centró en la determinación de las fuerzas que intervienen en la formación de

cizalla. Un estudio reciente realizado por Ismail [20]añade el efecto de la lubricación en la

tolerancia, la superficie y la formación de las fuerzas de Nish. Este análisis se ve en

lubricante dentro, por fuera y por tanto las superficies de cizallamiento formado un cono de

lubricantes de tres diferentes viscosidades. Los resultados mostraron un aumento de la

fuerza en la dirección de alimentación para aumentar la viscosidad de lubricantes. La

aplicación de lubricante en la superficie interna exclusivamente da un espesor de la pared

más cercana al valor esperado


49

Determinación de la fuerza de conformación en la operación En otro

interesante estudio realizado por DUFLOU tiene como objetivo medir las fuerzas durante

el estampado y así poder controlar e identificar puntos críticos y óptimos del proceso.

Según su estudio, los factores que pueden determinar la mayor o menor aplicación de la

fuerza son: el material, el espesor y resistencia mecánica de la chapa, paso vertical y

diámetro de la herramienta.En esta experiencia, el paso vertical fue de 0,5mm, la

herramienta utilizada fue una fresa de punta esférica de diámetro 10mm y el ángulo de

inclinación de la pared fue de 50 grados. Fueron medidas las fuerzas según sus

componentes Fx, Fy y Fz. Es posible notar que el vector resultante de las fuerzas Fx, Fy y

Fz inician la curva con valor = 0 no inicia el proceso de estampado. Como indica la figura

8, a medida que la herramienta baja se disloca en eje Z (profundando la chapa), la fuerza

gana en incremento rápidamente, antes de obtener las profundidades deseadas donde

partir de ahí las fuerzas tienden a permanecer aproximadamente constantes. El material

fue una chapa de aluminio 3003-O, con 1,2mm de espesor y en la figura 33 se verifica la

variación de la fuerza de estampada aumenta bruscamente, en un corto espacio de

tiempo. A medida que la chapa se va conformando la fuerza utilizada tiende a estabilizar.

Se puede concluir que, la configuración de la estrategia de asignación de software CAM, el

paso vertical debe ser variable desde un menor incremento hasta uno mayor, con que la

variación de la fuerza sea menor. Consecuentemente el acabado superficial mejora, la

vida actual de la herramienta y del equipamiento aumenta y la diferencia geométrica entre

el modelo teórico (en CAD) y la real tiende a disminuir[7].


50

Fig.33: grafico de fuerza en función del tiempo[7]

La chapa de aluminio es fijada entre dos placas teniendo la inferior un orificio central

de 182mm de diámetro. El avance utilizado por la herramienta fue de 2000mm/min. El

producto final, un segmento de cono, fue estampado utilizando incrementos horizontales y

verticales de la herramienta. La relación entre estos incrementos forma un ángulo del cono

de acuerdo con la figura 10 donde v es el incremento vertical (0.5mm). La relación entre el

incremento vertical y el horizontal el cual forman un ángulo de inclinación de las paredes

de la chapa ilustrados en la figura 34.

Fig.34: relación entre el incremento vertical y el horizontal[7]


51

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO II

Después de realizado este estudio las conclusiones fuero:

a) es posible el logro del proceso de estampado incremental en un centro de

maquinado convencional;

b) la grasa con base del lítio puede usarse como el lubricante en el proceso de

estampando incremental;

c) la herramienta usada para el proceso necesariamente no debe al ser de punta

esférica. Los ensayos realizados fueron hecho con la herramienta de punta semi-esférica

que presentó una gran capacidad de conformación de las geometrías probadas;

d) con el objetivo de evitar los errores dimensionales altos, el principio de la

conformación debe ser lo más próximo posible de los prensa-chapa, debido a la flexión

en esta región;

e) el método de estampado incremental asistido por matriz presenta precisión que el

método no asistido por matriz;

f) para piezas que poseen regiones planas o semiplenas deben ser ejecutadas con

mayor precisión dimensional y se debe utilizar un soporte inferior a la matriz;

g) El aumento del incremento vertical reduce significativamente la calidad superficial;

h) El aumento del incremento vertical reduce el tiempo de ejecución de la pieza;

CAPÍTULO III: Posibilidades del empleo de métodos numéricos y computacionales en los procesos de estampado incremental de chapas con punto simple

52

CAPÍTULO III: Posibilidades del empleo de métodos numéricos y computacionales en los procesos de estampado incremental de chapas con punto simple.

3.1 Aplicación de herramientas de modelación y simulación al proceso de estampado incremental

• Secuencia da realización de proceso según[8] El desempeño del proceso de estampado incremental es muy a parecido a aquellos

utilizados en el maquinado de moldes y matriz. Los recursos computacionales utilizados

en el caso de estampado incremental son menores.

1. Diseño computarizado del producto según[8] Primeramente, el producto es diseñado con el auxilio de un sistema CAD, donde es

generado un modelo tridimensional del producto que será fabricado.

Atreves de la utilización de utilización de un software de CAD, fue modelada una

pieza como puede ser observada en la figura que aparece a continuación. Se puede

observar que la pieza esta compuesta por una cavidad angular con una profundidad de

65 mm, por una longitud de 480 mm y comprimiendo 380 mm. La región central, es una

cavidad cuadrada con profundidad de 65 mm. Todas las partes laterales de la pieza

poseen una inclinación de 012 .

Fig.34: modelo generado con auxilio del sistema CAD


53

Equipamiento utilizado para la modelación En un centro de maquinado vertical con tres ejes en curso de 700 mm X, 400 mm Y

y 500 mm en Z (figura). La rotación máxima es de 7000 rpm la potencia máxima es de 17

Kw.[8]

Fig.35: centro de maquinado vertical utilizado en la modelación

Lubricante Para la reducción del equipamiento y principalmente la reducción del rozamiento, el

lubricante utilizado fue una grasa base de litio.[8]

Sistema de fijación de la pieza según [8] Para este proceso se utiliza para sujetar o fijar la pieza un sistema de prensa-chapa

simple, compuesta por dos chapas con una abertura central pasante,(prensa-chapa

superior e inferior ) y unidas a través de tornillos. La próxima figura presenta el sistema de

fijación.

Fig.36: sistema de fijación con prensa-chapas


54

Herramienta El ensayo fue realizado con una herramienta de punta esférica con diámetro 20 mm

fabricada con acero herramienta con su punta pulida para conformar el fondo de la pieza.

La figura que aparece a continuación presenta el dibujo en CAD de la herramienta

utilizada. La próxima figura presenta la herramienta en pleno funcionamiento[8].

Fig.37: formato de las herramienta utilizada[8]

Fig.38: herramienta en función[8]

Estrategia de conformado según [8] La estrategia de conformación utilizada fue definida a través de un software de CAM

genérico para operaciones de fresamiento. En la primera figura que se aparece a

continuación muestra la imagen de la estrategia utilizada en los ensayos. Como se puede

observar en la segunda figura la herramienta ejecuta un cambio compuesto por curvas de

nivel paralelas al plano XY, qué perfiló al modelo con un incremento vertical de 0,5 mm por


55

pasada. La rotación de la herramienta fue de 100rpm y la velocidad de avance fue de 1500

mm/min.

Fig. 39: estrategia de conformado utilizada

Pieza obtenida en el ensayo Las figuras que aparecen a continuación son imágenes de las piezas obtenidas

Fig.40: vista superior de la pieza Fig. 41: vista inferior de la pieza

Resultados obtenidos En este ensayo preliminar, el resultado obtenido fue mejorado en comparación con

otros hechos anteriormente, pues fue posible realizar la conformación obedeciendo

parcialmente el modelo propuesto, con esto se obtuvieron los resultados siguientes: a) las regiones planas del modelo propuesto irán con inclinaciones debido a la no

utilización de un soporte o matriz inferior;


56

b) el acabado de la pieza presenta un acabado superficial visualmente inferior al

acabado original presentado por la chapa debido al rozamiento que ocurre entre la pieza y

la herramienta.

Con los resultados obtenidos en este ensayo fue posible aliviar cuantitativamente las

variables principales que influyen en la ejecución del ISF. También, confirmó los

parámetros usados por las investigaciones logradas por otros centros de estudias del

estampado incremental, como por ejemplo, Hirt (2001), Ames (2006), Ceretti (2004) e

Ambrógio (2006).

3.2 Estrategias para la generación de las trayectorias de la herramienta para el

EISP Valorar en este epígrafe la posibilidad de Modelado de las piezas en Solid Work

y generación de las trayectorias de la herramienta en Gibbs CAM Primeramente para lograr la generación de la trayectoria de la herramienta en el

estampado incremental de chapa se necesita una modelación de la pieza en fabricación

en cualquier software de dibujo como puede ser el Solid Work, mecanicad destop entre

otros.

Fig.42: pieza elaborada en Solid Work


57

Posteriormente con la ayuda del mismo software construir o diseñar un dispositivo

delimitador con una cavidad para fijar la chapa y estamparla luego, este dispositivo tiene

que reunir una serie de requisitos para que `para su posterior montaje en la mesa de una

fresadora CNC a continuación pueden ver en la siguiente figura como quedaría diseñado

este sistema o dispositivo delimitador.

Fig.43: dispositivo delimitador diseñado en Solid Work

Luego esto se lleva a un software CAM como pueden ser el Gibbs CAM, el Master

CAM, Egder CAM entre otros. Debido a los problemas existentes en nuestro país solo

contamos con el software Gibbs CAM que es de gran utilidad en las empresas de nuestro

país y del mundo entero después de seleccionar dicho software podemos pasar a lo que la

operación de fresado y así asumir parámetros que son indispensables como son la

velocidad deseada, el avance requerido el número de pasadas deseada entre otros

requisitos que se deben tener en cuenta para así obtener finalmente con la ayuda de dicho

software el tiempo real en que se conformaría la pieza y a su ves lograr la generación de

la trayectoria de la herramienta en dicha pieza a continuación le mostraremos figuras que

ilustren la trayectoria de dicha herramienta.


58

Fig.44 y 45: Recorrido de la herramienta simulado en el software Gibbs CAM.:


59

3.3 Posibilidades de la introducción del EISP en la industria cubana. Por el conocimiento adquirido sobre el tema y la experiencia que he adquirido en todo

este periodo de trabajo creo que esta tecnología se puede introducir en nuestro país pero

para su introducción en el mismo se tiene que cumplir una serie de requisitos que son de

suma importancia.

• Primero que todo tiene que haber un debido conocimiento tanto científico como

técnico del proceso (conocer sus ventajas, desventajas, alcance, etc.).

• Tiene que existir una adecuada preparación del personal técnica ya que estamos

ablando de una tecnología nueva para el país.

• La tecnología que se quiere aplicar en el país tiene la necesidad de un

equipamiento para su posterior empleo. Esta requiere de una Maquina-Herramienta CNC

que en este caso sería una Fresadora, vale aclarar que en todos los talleres de las

industrias existentes en nuestro país no contamos con Maquinas-Herramientas de este

tipo. También hay la necesidad de del diseño de una herramienta adecuada (punzón)

capaz de llevar a cabo este proceso y para terminar este punto pero no es menos

importante tenemos que hacer énfasis en la obtención de software capaces de diseñar la

pieza y de generar la trayectoria de la herramienta de la misma (Tecnología CAD/CAM)

• Hay que tener en cuenta el tipo de producción a la que esta sometida la impresa

que se quiera introducir esta tecnología ya que este esta hecho para producción de

pequeños lotes de piezas y para prototipado


60

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO III

En este capitulo podemos llegar arribar a las siguientes conclusiones:

1- Los software de la tecnología CAD/CAM son de gran importancia para la

producción de piezas estampado incremental ya que esto sirve como modelación y

experimento y así se analiza los distintos regímenes que se le debe dar para obtener la

pieza de la forma mas optima posible.

2- Este proceso se puede emplea muy bien para piezas que presenten una alta

complejidad en su geometría pero dichas piezas no deben presentar una altura

considerable por la forma en que esta diseñada su herramienta.

Conclusiones Generales

61

CONCLUSIONES GENERALES:

• Como conclusión general tenemos que el proceso de Estampado Incremental de

Chapa se presenta como una alternativa para la producción de piezas a partir de

chapas metálicas y también como nueva tecnología puede reemplazar fácilmente los

procesos tradicionales empleados para producir series cortas, prototipos. A largo

plazo, generará cambios fundamentales en el mundo de la fabricación por

conformación de chapas, permitiendo la fabricación de productos con diseños

avanzados cuya elaboración tradicional es demasiado costosa y poco efectiva para

las tecnologías actuales, como por ejemplo, los procesos de fundición de piezas, de

soldadura y los de maquinado por arranque de virutas.

• Es posible el logro del proceso de estampado incremental en un centro de

maquinado convencional. Como lubricante puede usarse de grasa con base de litio y

la herramienta usada para el proceso necesariamente no debe al ser de punta

esférica. Los ensayos realizados fueron hecho con la herramienta de punta semi-

esférica que presentó una gran capacidad de conformación de las geometrías

probadas.

• El método de estampado incremental asistido por matriz presenta precisión que el

método no asistido por matriz. Para piezas que poseen regiones planas o semiplenas

deben ser ejecutadas con mayor precisión dimensional y se debe utilizar un soporte

inferior a la matriz.

• El aumento del incremento vertical reduce significativamente la calidad superficial y

reduce el tiempo de ejecución de la pieza.

• Los software de la tecnología CAD/CAM son de gran importancia para la producción

de piezas estampado incremental ya que esto sirve como modelación y experimento

y así se analiza los distintos regímenes que se le debe dar para obtener la pieza de

la forma mas optima posible.

Recomendaciones

62

RECOMENDACIONES:

• Profundizar y continuar investigando en el proceso de estampado incremental de

chapa, fundamentalmente en la fuerza de conformación para distintos materiales.

• Investigar y profundizar en la introducción y posterior aplicación de dicho proceso

en nuestro país y las ventajas futuras que traería su aplicación

Bibliografía

63

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tesie de ledier - university "marta abreu" of las villas

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