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Explicación de las técnicas de fabricación de curvas

Última actualización:
10 de junio de 2024
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Índice

El plegado es un método de conformado por el que se da forma a chapas y perfiles metálicos con una determinada curvatura o ángulo bajo la influencia de una matriz. El plegado puede realizarse en una prensa general o en una máquina especializada.

Tipos de piezas curvadas

Hay muchos tipos de piezas de curvatura utilizadas en los vagones de pasajeros de ferrocarril, con los principales tipos enumerados en la Tabla 3-83.

Tabla 3-83: Tipos de Piezas de recambio en vagones de pasajeros

Número de serieTipoForma de la pieza, NombreEquipo utilizado
1Piezas plegadas
Viga de refuerzo del panel exterior

Pilar
Máquina curvadora CNC
2Piezas prensadas
Abrazadera de tubo

Placa
Máquina de prensa

Placa de cubierta inferior de la viga lateral del bogie
Máquina hidráulica
3Componente enrollado
Panel del techo en turismos
Placa Máquina laminadora

Perfil de aluminio viga doblada
Laminadora de perfiles
4Componente Draw-Bent
Viga doblada del tejado
Curvado de perfiles Máquina
5Componente curvado en frío
Suelo ondulado de acero inoxidable

Viga lateral
Línea de producción de conformado y plegado en frío

Material para componentes curvados

Los principales materiales de los componentes curvados de los vagones de pasajeros son los siguientes:

  • Chapas de acero estructural al carbono y perfiles laminados en caliente: Q235C;
  • Chapas de acero resistentes a la intemperie: 05CuPCrNi, 09CuPCrNi-B, 09CuPCrNi-A;
  • Chapas de acero de baja aleación y alta resistencia: Q345R, S275J2G3, S355J2G3, S275J2G3W;
  • Chapas de acero estructural templado de alta resistencia: Q460, Q500, Q550, Q620, Q690;
  • Placas de acero inoxidable: SUS301L-LT, SUS301L-DLT, SUS301L-ST, SUS301L -HT, SUS304 (0Cr18Ni9), 1.4003;
  • Chapas y perfiles de aleación de aluminio: 5A02, 5052, 5083, 6005A, 6083, 7005, 7020.

Proceso de fabricación de componentes curvados

Métodos de plegado

Los principales métodos de curvado de los componentes curvados de los vagones de pasajeros son los siguientes:

(1) Plegable

Este proceso implica el uso de un plegadora y sus matrices para realizar plegados en línea recta en chapa metálica. La característica de este método es el uso de matrices de uso general, formando una curvatura por carrera, con el ángulo de curvatura controlado con precisión por la carrera, como se muestra en la Figura 3-89.

Figura 3-89 Plegado
Figura 3-89 Plegado

(2) Doblado de matrices

El método de plegado más común, que utiliza una máquina de prensa y matrices para realizar cualquier forma de plegado en la chapa, como se muestra en la Figura 3-90.

Figura 3-90 Doblado de matrices
Figura 3-90 Doblado de matrices

a) Doblado de abrazaderas
b) Doblado de la placa de cubierta

3) Curvado de rodillos

El curvado de rodillos se refiere al proceso de dar forma a piezas brutas de chapa y perfiles en una máquina curvadora de rodillos, como se muestra en la figura 3-91.

Figura 3-91 Formación del curvado de rodillos
Figura 3-91 Formación del curvado de rodillos

4) Doblado de dibujos

El curvado por estirado consiste en dar forma a un determinado perfil de chapa extruida y curvada en un molde de curvadora por estirado, aplicando simultáneamente una fuerza de tracción axial y un momento de flexión.

Este proceso cambia las condiciones de tensión interna de la pieza en bruto, sometiendo la sección transversal a tensión de tracción, lo que ayuda a evitar los defectos de arrugado, aumenta la cantidad de deformación plástica, reduce el springback y mejora la precisión del conformado por flexión, como se muestra en la figura 3-92.

Figura 3-92 Formación de la curva de tracción
Figura 3-92 Formación de la curva de tracción

5) Conformado de la viruta

El conformado por granallado es un proceso en el que una matriz dentada sobre un martillo de granallado, capaz de realizar movimientos hacia dentro y hacia fuera, hace que el material se estire y contraiga, induciendo gradualmente una deformación por flexión y tracción en la pieza (figura 3-93).

Figura 3-93 Conformado por Peen
Figura 3-93 Conformado por Peen

6) Conformado en frío

El conformado en frío consiste en utilizar varios rodillos de conformado dispuestos longitudinalmente para doblar de forma continua chapas metálicas, como bobinas o flejes, en perfiles seccionales específicos.

El conformado en frío es un nuevo proceso y tecnología de conformado de metales que ahorra material, consume poca energía y es muy productivo, como se muestra en la Figura 3-94.

Figura 3-94 Conformado en frío
Figura 3-94 Conformado en frío

Selección de métodos de plegado

Existen seis métodos de plegado comúnmente utilizados para piezas estampadas en vehículos ferroviarios. La elección se realiza en función de la forma de la pieza, el material, el tamaño del lote, las condiciones del equipo y los requisitos de calidad, al tiempo que se tiene en cuenta la rentabilidad.

1) Conformado de curvas

Conformado de curvas es la primera opción porque generalmente utiliza moldes universales que son sencillos y fáciles de preparar. Equipar la plegadora con el molde adecuado permite formar piezas de cubierta de chapa gruesa que antes requerían moldes grandes.

2) Doblado de dibujos

Para varios perfiles curvados de sección transversal pequeña, acero laminado en caliente y perfiles extruidos de aleación de aluminio con radios de curvatura grandes, se opta por el curvado por estirado.

3) Conformado de troqueles

Para grandes volúmenes de piezas curvadas pequeñas, la conformación por troquel es el método preferido, como en el caso de las piezas de abrazaderas de tubos y los canales de hierro pequeños (Figura 3-95).

Figura 3-95 Piezas dobladas en molde
Figura 3-95 Piezas dobladas en molde

a) Abrazadera de tubo
b) Canal pequeño de hierro

(4) Conformado de martillos

Los perfiles angulares se forman preferentemente mediante martilleo, seguido de curvado con rodillo o curvado por estirado.

(5) Plegado en frío

Para piezas de más de 4 m de longitud y con formas transversales complejas, se opta por el plegado en frío.

(6) Selección en función del tamaño del lote

Para el conformado de grandes chapas de cubierta, el método se selecciona en función de la cantidad de producción. La conformación por moldeo se elige para grandes lotes, mientras que la conformación por plegado se elige para lotes más pequeños.

Springback en flexión

El springback se refiere a la deformación elástica del material después de doblar la pieza estampada, provocando cambios en el ángulo y radio de filete de la pieza (Figura 3-96).

Figura 3-96: Cambios de curvatura y ángulo causados por el springback de flexión
Figura 3-96: Cambios de curvatura y ángulo causados por el springback de flexión

α1) el ángulo del punzón
α2) el ángulo de la pieza doblada después de la descarga
2Δa)la cantidad de springback.

(1) Factores que afectan al springback

1) Cuanto mayor sea el límite elástico del material y mayor el módulo elástico, mayor será el springback.

2) Cuanto menor sea el radio de flexión relativo R/t de la pieza doblada, menor será el springback.

3) Cuanto mayor sea la abertura del molde en forma de V, mayor será el springback. Cuanto más profundo sea el molde cóncavo de la pieza en forma de U, menor será el springback.

4) Cuanto menor sea la holgura del molde, menor será el springback.

5) La flexión corregida tiene menos springback que la flexión libre, y cuanto mayor es la fuerza de corrección, menor es el springback.

(2) Medidas para superar el springback

1)Mejorar el diseño de la pieza doblada, reducir r/t tanto como sea posible dentro del rango admisible de propiedades de material y estructura, o suprimir refuerzos en la zona de doblado para aumentar la rigidez de la pieza y suprimir el springback (Figura 3-97).

Figura 3-97: Supresión del springback en el ángulo de flexión mediante el uso de nervios reforzados.
Figura 3-97: Supresión del springback en el ángulo de flexión mediante el uso de nervios reforzados.

2)El plegado se realiza mediante el método de plegado.

3)El método de curvado por estirado se emplea para perfiles con gran curvatura.

4)Para el doblado de troqueles, se utiliza el doblado correctivo en lugar del doblado libre (Figura 3-98).

Figura 3-98: Superación del springback mediante el método correctivo.
Figura 3-98: Superación del springback mediante el método correctivo.

5)Seleccionar una estructura de matriz de flexión razonable para la compensación del springback (Figura 3-99).

Figura 3-99: Superación del springback mediante métodos de compensación
Figura 3-99: Superación del springback mediante métodos de compensación


a) Compensación de pequeñas diferencias
b) Compensación cóncava en la parte inferior del punzón
c) Compensación de flexión de un solo ángulo del molde en V
d) Compensación de flexión de un solo ángulo de la matriz en V

Grietas de flexión

Las grietas por flexión son una forma de fallo en las piezas dobladas. La causa principal de las grietas por flexión es un radio de flexión demasiado pequeño en relación con el material, que excede la cantidad de deformación que el material puede soportar.

El radio de curvatura mínimo (rmin) se refiere al radio de esquina interior más pequeño en el que se puede doblar una pieza sin causar daños a la chapa.

El radio de curvatura mínimo relativo (rmin/t) representa el límite de conformación durante el curvado. Cuanto menor sea este valor, más propicia será la flexión y el conformado.

(1) Factores que afectan al radio mínimo de curvatura

1)Está relacionado principalmente con el índice de alargamiento del material. Cuanto mayor sea el alargamiento, menor será el radio mínimo de flexión.

2)Cuanto mayor sea la lisura superficial y transversal de la chapa, menor será el radio mínimo de curvatura.

3)El radio mínimo de curvatura de una línea de doblado perpendicular a la dirección de la fibra es menor que el paralelo a la dirección de la fibra (Figura 3-100).

Figura 3-100: Impacto de la orientación de la fibra en la relación r/t
Figura 3-100: Impacto de la orientación de la fibra en la relación r/t

(2) Métodos para mejorar el límite de flexión del material

1) Los materiales que han sufrido un endurecimiento por deformación en frío pueden someterse a un tratamiento térmico antes del plegado.

2) Elimine las rebabas en ambos extremos de la línea de plegado para mejorar la suavidad.

3) Para materiales de baja plasticidad o materiales gruesos, se puede utilizar el calentamiento para el curvado.

4) Para el curvado de materiales más gruesos, si la estructura lo permite, se puede hacer una ranura de proceso antes del curvado (Figura 3-101).

Figura 3-101: Doblado tras la creación de una ranura de proceso
Figura 3-101: Doblado tras la creación de una ranura de proceso

Cálculo del tamaño de la pieza en bruto para piezas curvadas

El principio para calcular el tamaño de la pieza en bruto curvada consiste en medir la longitud de la capa neutra. El método específico consiste en dividir la pieza en secciones de arco recto y curvo, calcular las longitudes por separado y, a continuación, sumarlas, como se muestra en la figura 3-102.

Figura 3-102: Cálculo de la longitud de extensión de la pieza
Figura 3-102: Cálculo de la longitud de extensión de la pieza

a) Parte
b) Segmentación de piezas

Longitud de la pieza:

L = a1 + a2 + a3 + l1 + l2 + l3 + l4

La longitud de propagación de la parte del arco según la capa neutra:

l = παρ/180 = 0.01745αρ

Dónde:

  • l es la longitud de extensión de la capa neutra (mm);
  • ρ es el radio de la capa neutra (mm);
  • α es el ángulo central de flexión (grados).

La fórmula para cálculo del radio de la capa neutra (Figura 3-103):

ρ = r + xt

Figura 3-103: Radio de la capa neutra
Figura 3-103: Radio de la capa neutra

Dónde:

  • r es el radio de flexión (mm);
  • x es el coeficiente de posición de la capa neutra (mm), véase la tabla 3-84;
  • t es el espesor del material (mm).

Tabla 3-84: Coeficiente de posición de la capa neutra

r/tFracción(1)3/105/168/251/312/355/143/82/55/123/7-
Decimal(2)0.30.31250.320.3330.3430.3570.3750.40.4170.429-
x(3)0.1940.1990.2010.2060.2090.2130.2190.2260.2300.233-
r/tFracción(1)4/912/251/28/155/94/73/55/82/37/105/7
Decimal(2)0.4440.480.50.5330.5550.5710.60.6250.6670.70.714
x(3)0.2370.2450.250.2570.2610.2640.2700.2740.2810.2860.288
r/tFracción(1)3/44/55/66/78/9110/98/76/65/44/3
Decimal(2)0.750.80.8330.8570.88911.1111.1431.21.251.333
x(3)0.2940.3010.3050.3080.3120.3250.3360.3400.3450.3450.356
r/tFracción(1)7/510/73/28/55/312/716/915/8225/1215/7
Decimal(2)1.41.4291.51.61.6671.7141.7781.87522.0832.143
x(3)0.3620.3640.3690.3760.380.3840.3870.3930.4000.4050.408
r/tFracción(1)20/916/712/55/28/320/7325/816/510/324/7
Decimal(2)2.2222.2862.42.52.6672.85733.1253.23.3333.429
x(3)0.4120.4150.4200.4240.3410.4390.4440.4490.4510.4560.459
r/tFracción(1)7/225/715/4425/630/735/840/99/225/55
Decimal(2)3.53.5713.7544.1674.2864.3754.4444.54.85
x(3)0.4610.4630.4690.4760.4800.4830.4850.4870.4880.4950.500

Normalmente, la longitud de extensión de la pieza doblada se calcula utilizando el método anterior. Sin embargo, debido a las diferencias en las propiedades de los materiales, los distintos ángulos de flexión y las tolerancias de grosor de las chapas, puede haber algunos errores.

Por lo tanto, en el caso de piezas con requisitos de precisión elevados, debe llevarse a cabo una verificación experimental y deben realizarse los ajustes necesarios.

Cálculo de la fuerza de flexión

(1) Fuerza de flexión durante la flexión en el aire

Fuerza de flexión para piezas en forma de V:

Fa=0,6 KBt2Rm/(r+t)

Fuerza de flexión para piezas en forma de U:

Fa=0,7 KBt2Rm/(r+t)

Dónde,

  • Fa - Fuerza de flexión al final de la carrera de compresión durante la flexión libre;
  • B - Anchura de la parte doblada;
  • t - Espesor del material de flexión;
  • r - Radio de curvatura interior de la pieza doblada;
  • Rm - Resistencia a la tracción del material;
  • K - Factor de seguridad, generalmente K=1,3.

(2) Fuerza de flexión durante la flexión de corrección

Fcorr = Ap

Dónde,

  • Fcorr - Tensión durante la flexión correctora;
  • A - Área de proyección de la parte de corrección;
  • p - Fuerza de corrección por unidad de superficie, véase su valor en la tabla 3-85.

Tabla 3-85: Fuerza de corrección unitaria, p(Unidad: MPa)

MaterialMaterial Grosor
≤1>1~2>2~5>5~10
Aluminio10~1515~2020~3030~40
Latón15~2020~3030~4040~50
10~20 Acero20~3030~4040~5050~70
25~35 Acero30~4040~5050~7070~100

(3) El fuerza de punzonado o fuerza de sujeción de la pieza en bruto, si la matriz de doblado está equipada con un dispositivo de punzonado o un dispositivo de sujeción de la pieza en bruto, puede aproximarse como 30% a 80% de la fuerza de doblado libre. Es decir

FY =(0.3~0.8)Fa

(4) Determinación del tonelaje de la prensa para el plegado libre con un soporte de piezas en bruto

Fpulse ≥ (1.2~1.3) (Fa + FY)

Para corrección de curvatura

Fpulse ≥ (1.2~1.3) Fcorr

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