La Tecnología de Estampado Incremental de Chapas como alternativa para la elaboración de piezas

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(1)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..

(2) 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..

(3) Pensamiento. Cada obra bella, cada obra grande, Redime un momento de amargura José Martí.

(4) Dedicatoria. A mi familia por haber confiado en mí y a todos lo que de una forma u otra formaron parte de este sueño..

(5) 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..

(6) 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..

(7) 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.

(8) Introducción 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.. 1.

(9) Introducción 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.. 2.

(10) Introducción 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.. 3.

(11) Introducción 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. 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. 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 4.

(12) Introducción 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. 5.

(13) Introducción 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. 6.

(14) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas. 1.1 materiales.. Conceptos generales sobre los procesos de conformación de 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,. 7.

(15) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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. 8.

(16) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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,. 9.

(17) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas. • 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. 10.

(18) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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 11.

(19) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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 12.

(20) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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.. 13.

(21) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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.. 14.

(22) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas. 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. 15.

(23) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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. 16.

(24) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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]. 17.

(25) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas Perspectivas de desarrollo de los procesos de EIPS 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. 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. 18.

(26) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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;. 19.

(27) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas. Fig. 7: Aplicación de ISF en la medicina[7]. 20.

(28) Capítulo I: Resultados de la Revisión bibliográfica sobre los procesos de estampado incremental de chapas 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.. 21.

(29) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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]. 22.

(30) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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 y α es el ángulo de inclinación de la chapa en este mismo punto. En la figura 9 se muestra el comportamiento de la chapa, en. 23.

(31) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple relación al ángulo de inclinación de la pared y su relación con la disminución de su espesor. El espesor de 1mm 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.. 24.

(32) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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.. 25.

(33) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple Limitaciones de las piezas en relación a las variaciones del espesor Durante el proceso de estampado incremental la chapa es fijada en un prensachapa. 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]. t = t * sen(900 − α ) 1 0 Donde: t es el espeso final de la pieza. 1 t es el espesor inicial de la chapa 0. 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 t = 1,5mm presentando una pared con un. 0. espesor final de t = 1,14mm para un ángulo de inclinación de 400 y para el calculo de la. 1. ley del seno este valor seria 1,15mm. Fig. 11: demostración de la ley del seno [8]. 26.

(34) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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 60 0 y 70 0 sin la ocurrencia de ruptura. Fig.11: ocurrencia de ruptura en la pieza con un ángulo lateral de 65 0 [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 68,4 0 a. 66 0 donde fue verificado que las piezas a, b y c con un ángulo de 68,4 0 , 67 0 y 66,5 0 respectivamente presentando ruptura en cuanto que la pieza d con un ángulo lateral de. 66 0 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. 27.

(35) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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 68,4 0 b) Angulo lateral de 67 0 c) Angulo lateral de 66,5 0 d) Angulo lateral de 66 0 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. 28.

(36) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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]. 29.

(37) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple. 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.. 30.

(38) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple. 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. 31.

(39) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple. 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. 32.

(40) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple. 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. ( E AL ≅ 69.000MPa; E A cos ≅ 196.000 MPa) 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;. 33.

(41) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple . 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.. 34.

(42) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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]. 35.

(43) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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]. 36.

(44) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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. 37.

(45) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple. 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.. 38.

(46) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple . 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. 39.

(47) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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.. 40.

(48) CAPÍTULO II: Aspectos tecnológicos del proceso de estampado incremental con punto simple 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. 41.