Análisis DFM basado en reglas para embutición profunda

Análisis DFM basado en reglas para embutición profunda . La embutición profunda es un proceso de conformado de chapa metálica en frío ampliamente utilizado para estirar la chapa metálica en un molde de conformado con la sección transversal deseada mediante la fuerza mecánica del punzón. DFM se refiere a diseño para la fabricabilidad . DFA se refiere a diseño para el ensamblaje . DFMA significa diseño para la fabricación y el ensamblaje. Es una práctica para diseñar componentes de ingeniería teniendo en cuenta los aspectos de fabricación y ensamblaje. DFMA intenta abordar los problemas que pueden surgir durante la fabricación y el ensamblaje en la etapa de diseño. Se realizan cambios en el diseño de las piezas para eliminar estos problemas manteniendo intacta la funcionalidad de las piezas. Esto se hace para reducir el costo de las iteraciones, haciendo que la fabricación de componentes sea más eficiente y económica.

En el proceso de embutición profunda, se coloca una pieza de chapa metálica (generalmente circular) sobre la matriz. La matriz se fija a la base. La pieza metálica se sujeta en la matriz mediante un soporte. Se aplica fuerza mecánica sobre la parte de la pieza metálica que se encuentra por encima de la cavidad de la matriz mediante un punzón. A medida que aumenta la fuerza del punzón, el metal fluye desde la zona de la brida hacia la cavidad de la matriz.

Aquí se presenta el análisis DFM basado en reglas para el proceso de embutición profunda. Estas reglas pueden incorporarse en la etapa de diseño para mejorar la eficiencia del proceso:

Dado que el embutido profundo es un proceso de conformado en frío, las propiedades relevantes de la chapa metálica son la conformabilidad, la ductilidad y el límite elástico. El material debe tener buena conformabilidad y ductilidad para poder ser embutido hasta obtener la forma deseada sin que se produzcan grietas. El límite elástico del material debe ser bajo para facilitar el inicio del flujo del metal sin que se produzcan desgarros cerca del radio del punzón.

La holgura entre el punzón y la matriz guía el flujo del metal hacia la matriz. Esta holgura debe ser mayor que el espesor del metal para evitar la concentración de metal en la parte superior de la cavidad de la matriz. Sin embargo, la holgura no debe ser tan grande como para que el flujo de metal hacia la región de la matriz no se restrinja, lo que provocaría el arrugamiento de la pared. ^{[ 1 ]}

El radio de curvatura en la matriz, donde el metal entra desde la región de la brida hacia la región de la matriz, es un parámetro geométrico importante. Si el radio de la esquina de la matriz es pequeño, el arrugamiento cerca de la región de la brida se vuelve más pronunciado. Un radio de esquina de la matriz demasiado pequeño provoca grietas debido al cambio brusco en la dirección del flujo del metal. Generalmente, debe ser de 5 a 10 veces el espesor de la lámina. ^{[ 2 ]}

A medida que el metal se introduce en la matriz, el espesor de la lámina disminuye cerca de la región inferior del punzón. La máxima reducción se produce cerca de la esquina del punzón, ya que el flujo de metal disminuye significativamente en esta zona. Una esquina demasiado afilada provoca grietas cerca de la base del punzón. El radio de la esquina del punzón debe ser de 4 a 10 veces el espesor de la lámina. ^{[ 3 ]}

La fricción en la zona de la brida se ve afectada principalmente por la fuerza de sujeción de la chapa. Esta fuerza es necesaria para controlar el flujo de metal hacia la matriz. Una fuerza de sujeción baja provoca arrugas en la zona de la brida, mientras que una fuerza de sujeción excesiva aumenta la fuerza de embutición debido al incremento de la fricción en dicha zona. La fuerza de sujeción debe ser la justa para limitar el flujo de metal.

La medición de la cantidad de embutición realizada en una pieza de chapa metálica se cuantifica mediante la relación de embutición. Cuanto mayor sea la relación de embutición, mayor será la profundidad de embutición. Debido a la geometría, las fuerzas, el flujo del metal y las propiedades del material, existe un límite a la profundidad de embutición que se puede realizar en una pieza de chapa metálica en una sola operación. La relación de embutición se calcula aproximadamente como DR = Db/Dp, donde Db es el diámetro de la pieza y Dp es el diámetro del punzón. Para formas no circulares, a veces se utiliza el diámetro máximo o, en ocasiones, la relación de embutición se calcula utilizando las áreas de superficie. El límite de la relación de embutición para una operación suele ser de 2 o inferior. ^{[ 4 ]}