Fundamentos de troqueles de estampación: embutición profunda

Nota del editor: Este es el quinto de una serie de artículos que presentan los fundamentos del diseño y construcción de matrices de estampado.

El trefilado es un proceso de formación de metales en el que se controla el flujo de material sobre un punzón o hacia una cavidad. En la embutición profunda, la profundidad del producto es dos o más veces mayor que su ancho o diámetro.

La embutición profunda se utiliza para geometrías de piezas terminadas que requieren una gran cantidad de forma, como filtros de aceite, ollas y sartenes, tazas y tazones. El proceso normalmente requiere una pieza en bruto semidesarrollada, pero se pueden crear ciertas formas de piezas utilizando una pieza en bruto sin desarrollar.

Durante el proceso de trefilado, se produce cierto estiramiento del metal a medida que el metal se introduce en la cavidad mediante tensión. Esto puede hacer que el metal se estire y se adelgace, pero también puede hacer que se espese, ya que ciertas geometrías de piezas, como las copas, obligan a la pieza en bruto a apretarse a medida que fluye hacia el troquel.

El flujo de metal hacia la cavidad y sobre el punzón se controla mediante una almohadilla o aglutinante. Puede restringir el movimiento del metal para evitar que se arrugue a medida que el material fluye hacia el área del troquel (consulte la Figura 1).

Muchas aplicaciones de embutición profunda utilizan un concepto de ingeniería llamado teoría del índice de estiraje. La relación de embutición es la relación directa entre el diámetro del punzón de embutición y el tamaño de la pieza en bruto. Si la pieza en bruto es demasiado grande con respecto al punzón, quedará atrapado demasiado material entre la cara del troquel y el aglutinante. El exceso de material entre estas dos superficies puede causar resistencia al flujo del metal, lo que resulta en un estiramiento excesivo, adelgazamiento o posible división del metal.

Para ilustrar, imagina que te pido que sostengas el borde de una hoja de papel y luego trato de quitártela. Lo más probable es que pueda liberarlo de tus dedos. Sin embargo, si te pidiera que sujetaras ese mismo trozo de papel entre tus palmas, el papel probablemente se rompería cuando intentara pasarlo entre tus manos. Esto se debe a que estás agarrando una superficie mucho mayor cuando usas las palmas que cuando agarras el borde con los dedos.

Para comprender la teoría del índice de estiramiento, es necesario comprender los conceptos básicos del flujo de metales. Un concepto básico es que cuando se fuerza a una pieza en bruto de gran diámetro a fluir hacia una pieza de menor diámetro, el metal debe apretarse. La acción de apretar normalmente se llama compresión. Si la compresión abarca todo el contorno de un vaso, como una copa, se denomina compresión circunferencial. La compresión creada por el radio de un perfil de esquina se llama compresión radial. El punto clave a recordar es que el metal comprimido tiene una gran resistencia al flujo (ver Figura 2).

Debido a esta resistencia, el punzón debe estar lo suficientemente cerca del borde en bruto para minimizar el área de superficie del metal en compresión. En términos simples, el punzón debe tener un diámetro aceptable con respecto al diámetro de la pieza en bruto. Esta relación se puede definir simplemente como la relación límite de dibujo.

Si el punzón está demasiado lejos del borde en bruto, el metal comprimido no fluirá y puede producirse estiramiento y posible división. Si la pieza en bruto está lo suficientemente cerca del punzón, el metal se comprimirá y fluirá hacia adentro, lo que provocará un estiramiento y adelgazamiento limitados (consulte la Figura 3).

Es posible que se requieran múltiples operaciones de dibujo para lograr una geometría de pieza muy alta. Este proceso se conoce como reducción de empate. Un proceso exitoso de reducción del estirado requiere prestar mucha atención no sólo a la relación entre la pieza inicial y el punzón de embutición, sino también a las relaciones entre cada operación de embutición.