El impacto de los materiales en el proceso de estampación

Última actualización:
16 de noviembre de 2023

Índice

El procesado de la chapa implica principalmente el corte, el plegado, la embutición profunda, la extrusión en frío y otros procesos de estampado de volumen. Las distintas técnicas de estampación tienen diferentes requisitos para la chapa, y la elección del material de la chapa debe considerarse en función de la forma general del producto y la tecnología de procesamiento.

(1) La influencia del material en el proceso de corte

El corte requiere que el material de la chapa tenga suficiente plasticidad para garantizar que no se produzcan grietas durante el proceso. Aunque la gran mayoría de los materiales pueden cumplir los requisitos de corte en mayor o menor medida, el desgaste del molde y la calidad del corte variarán en función del material.

Los materiales blandos (como el aluminio puro, el aluminio resistente a la corrosión, el latón, el cobre puro, el acero con bajo contenido en carbono, etc.) tienen un excelente rendimiento de corte. El latón, en particular, es el material que mejor se comporta, dando como resultado componentes con secciones transversales lisas y muy poca inclinación después del corte.

Los materiales duros (como el acero con alto contenido en carbono, el acero inoxidable, el aluminio duro, el aluminio superduro, etc.) no producen resultados de alta calidad después del corte, con importantes desigualdades en las secciones transversales, especialmente en el caso de materiales más gruesos. Cuanto más quebradizo es el material, más probable es que se produzcan desgarros durante el corte.

Muchos materiales no metálicos también pueden someterse al corte, pero debido a la presencia de diminutas grietas internas, la falta de homogeneidad, la anisotropía, las laminaciones y otros inconvenientes de los materiales no metálicos, la mayoría requieren un tratamiento auxiliar especial. Tras el corte, los materiales con suficiente plasticidad necesitan desbarbado o acabado; los materiales quebradizos y los materiales gruesos, en cambio, deben calentarse adecuadamente antes para aumentar la plasticidad.

(2) La influencia del material en el proceso de curvado

Las chapas metálicas que se doblan deben tener una gran plasticidad, un límite elástico bajo y un módulo de elasticidad alto. Las chapas con una plasticidad alta tienen menos probabilidades de agrietarse durante el doblado, y las que tienen un límite elástico más bajo y una elasticidad más alta tendrán menos deformación por resorte, lo que se traducirá en dobleces de forma precisa. Los materiales con buena plasticidad, como el acero bajo en carbono (con una fracción de masa de carbono no superior a 0,2%), el latón y el aluminio, son fáciles de doblar.

Los materiales con mayor fragilidad, como el estaño (Sn6.5-01), el acero para muelles (65Mn), el aluminio duro y el aluminio superduro, requieren un radio de curvatura relativo (r/t) grande durante el curvado para evitar que se agrieten.

Además, es esencial tener en cuenta que el estado del material afecta significativamente a su capacidad de flexión.

Los materiales no metálicos, como el cartón de mayor tamaño y el vidrio orgánico, sólo pueden curvarse tras ser precalentados, y requieren un radio de curvatura relativo mayor (generalmente r/t>3~5).

(3) Impacto del material en el conformado por embutición

La embutición de chapas metálicas, especialmente la embutición profunda, es uno de los procesos más difíciles de la fabricación de chapas metálicas. Un material adecuado no sólo debe permitir una profundidad pequeña y una forma sencilla con transiciones suaves en el proceso de conformado por embutición, sino que también debe poseer una alta plasticidad, un bajo límite elástico y una buena estabilidad. De lo contrario, puede provocar fácilmente una distorsión general, arrugas localizadas o incluso el desgarro de la pieza. Los materiales duros no son adecuados para el conformado por embutición.

Cuanto mayores sean el límite elástico y el coeficiente de dirección del espesor (que tiene en cuenta la anisotropía debida a factores como los tejidos fibrosos producidos durante el laminado de la chapa), menor será el coeficiente de resistencia de la chapa y mejor será el rendimiento del estampado, permitiendo mayores deformaciones. Cuando el coeficiente de la dirección del espesor (γ) es mayor que uno, la deformación en la dirección de la anchura es más fácil que en la dirección del espesor.

Cuanto mayor sea el valor γ, menor será la probabilidad de que la chapa se adelgace y se fracture durante el proceso de conformado por estirado, lo que indica una mejor embutibilidad. Un exponente de endurecimiento por deformación elevado (pendiente de la curva tensión-deformación real durante el estirado, representada por n) facilita la propagación de la deformación a zonas de baja deformación durante el procesado, promoviendo una distribución más uniforme de la deformación y reduciendo la deformación localizada.

Por lo tanto, el valor n es crucial para los procesos de embutición y abombado. Entre los materiales conocidos por su buena embutibilidad se encuentran el aluminio puro y sus aleaciones, el acero con bajo contenido en carbono (fracción másica de carbono no superior a 0,14%), el latón blando (fracción másica de cobre entre 68% y 72%) y el acero inoxidable austenítico, entre otros.

(4) Impacto del material en la extrusión en frío y otros procesos de estampación a granel

Los materiales adecuados para la extrusión en frío y otros procesos de estampación a granel deben tener una alta plasticidad y un bajo límite elástico. Los materiales más adecuados son el aluminio, el cobre y el acero con bajo contenido en carbono.

(5) Impacto de la tolerancia de espesor de la chapa

Una tolerancia excesiva en el espesor de la chapa, que se refiere a un espesor real superior a la desviación estándar permitida, puede provocar grietas en la pieza, arrugas en la superficie, retroceso tras el doblado e incluso accidentes importantes en la matriz. Es uno de los tres factores críticos que afectan al éxito de la estampación.

Las fluctuaciones en la tolerancia del grosor de la chapa de acero pueden afectar a la presión ejercida por la matriz sobre la pieza y a la facilidad de flujo del metal, provocando posteriormente grietas y arrugas en la pieza durante el estampado.

(6) Impacto de los defectos superficiales en el material de la chapa

Según la normativa, las chapas de acero laminadas en caliente no deben presentar defectos perjudiciales como grietas, costras, pliegues, burbujas, delaminación e inclusión. Sin embargo, se admiten defectos menores y localizados, como picaduras, depresiones o arañazos, que no superen la mitad de la tolerancia de espesor en profundidad (o altura), siempre que se mantenga el espesor mínimo de la chapa de acero.

La presencia de cualquier defecto superficial en las chapas de acero laminadas en frío y en caliente, en particular los que superan los defectos permitidos por la norma, puede provocar directamente el agrietamiento de las piezas, afectar a la calidad de la pintura y comprometer el aspecto general del producto.

(7) Comparación de la procesabilidad de materiales de lámina comunes

Cuadro 1-6 Comparación de la procesabilidad de Materiales de lámina comunes.

MaterialesRendimiento de las prensas CNCCorte por láser RendimientoRendimiento de flexiónProceso de tuerca remachable hinchableProceso de prensado de tuercas remachablespulverización de superficiesprestaciones de protección contra cortes
Chapa de acero laminada en frío con revestimiento de zinc azulExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteMediaMejor
Chapa de acero laminada en frío con revestimiento de zinc en colorExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteMediaExcelente
Placa de cobre galvanizado en continuoExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteMediaLo peor
Chapa de cobre galvanizada en calienteExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteMediaSubpar
Chapa con revestimiento de aluminio-zincExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteExcelenteMediaPobre
Acero inoxidablePobreExcelenteMediaPobreMuy pobrePobreExcelente
Placa de aluminio resistente a la corrosiónMediaMuy pobreExcelenteExcelenteExcelenteMediaExcelente
Aluminio duro, placa de aluminio ultraduraMediaMuy pobreMuy deficienteExcelenteExcelenteMediaExcelente
Placa de cobre T2ExcelenteMuy pobreExcelenteExcelenteExcelenteMediaExcelente
Chapa de acero amarillaExcelenteMuy pobreExcelenteExcelenteExcelenteMediaExcelente

Nota: Los datos del cuadro son sólo de referencia cualitativa.
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