Estampado (metalurgia)

El estampado es el proceso de colocar una lámina de metal plana, ya sea en forma de pieza en bruto o en bobina, en una prensa de estampado donde una herramienta y una matriz dan forma al metal. El estampado incluye una variedad de procesos de fabricación de conformado de chapa metálica, como el punzonado con una prensa mecánica o de estampado , el troquelado, el grabado, el doblado, el rebordeado y el acuñado. ^{[ 1 ]} Esta puede ser una operación de una sola etapa, donde cada golpe de la prensa produce la forma deseada en la pieza de chapa metálica, o puede ocurrir a través de una serie de etapas.

El proceso se suele realizar en chapa metálica , pero también puede utilizarse en otros materiales, como el poliestireno . Las matrices progresivas suelen alimentarse desde una bobina de acero, pasando por un carrete para desenrollarla y una enderezadora para corregir la tendencia del material a mantener la curvatura de la bobina. Posteriormente, la bobina se introduce en un alimentador que la hace avanzar hacia la prensa y la matriz a una longitud de avance predeterminada. Dependiendo de la complejidad de la pieza, se puede determinar el número de estaciones de la matriz.

El estampado se realiza generalmente sobre chapa metálica fría. Para operaciones de conformado de metal en caliente, consulte el apartado " forjado ".

Se cree que las primeras monedas fueron acuñadas por los lidios en lo que hoy es Turquía en el siglo VII a. C. Hasta 1550, el método de acuñación por martilleo siguió siendo el principal método de fabricación de monedas. Marx Schwab, en Alemania, desarrolló un nuevo proceso de estampado que requería hasta 12 hombres que hacían girar una gran rueda para prensar el metal y convertirlo en monedas. En la década de 1880, el proceso de estampado se innovó aún más. ^{[ 2 ]}

En la década de 1880, se utilizaron piezas estampadas para la producción en masa de bicicletas. El estampado reemplazó al forjado en matriz y al mecanizado, lo que resultó en una gran reducción de costos. Si bien no eran tan resistentes como las piezas forjadas en matriz, su calidad era suficientemente buena. ^{[ 3 ]}

En 1890, se empezaron a importar piezas de bicicleta estampadas de Alemania a Estados Unidos. Las empresas estadounidenses comenzaron entonces a encargar la fabricación a medida de máquinas de estampado a fabricantes de herramientas estadounidenses. Gracias a la investigación y el desarrollo, Western Wheel logró estampar la mayoría de las piezas de bicicleta. ^{[ 4 ]}

Varios fabricantes de automóviles adoptaron el estampado de piezas. Henry Ford se resistió a las recomendaciones de sus ingenieros de usar piezas estampadas, pero cuando su empresa no pudo satisfacer la demanda con piezas forjadas en matriz, Ford se vio obligado a usar el estampado. ^{[ 5 ]}

A lo largo de la historia del estampado, la forja y el embutido profundo de metales, las prensas de todo tipo han sido la base de la fabricación de metales. Los procesos siguen mejorando para mover más metal en una sola carrera de prensa. Las prensas y los dispositivos de automatización interconectados aumentan las tasas de producción, reducen los costos laborales y brindan mayor seguridad a los trabajadores.

• Doblado : el material se deforma o se dobla a lo largo de una línea recta.
• Brida: el material se dobla siguiendo una línea curva.
• Repujado : el material se estira formando una hendidura poco profunda. Se utiliza principalmente para añadir motivos decorativos. Véase también Repoussé y cincelado .
• Troquelado : se corta un trozo de una lámina del material, normalmente para obtener una pieza en bruto para su posterior procesamiento.
• Acuñación : se comprime o presiona un patrón sobre el material. Tradicionalmente se utiliza para fabricar monedas.
• Estirado : la superficie de una pieza en bruto se estira adquiriendo una forma alternativa mediante un flujo de material controlado. Véase también embutición profunda .
• Estiramiento: la superficie de una pieza en bruto aumenta mediante tensión, sin que el borde se deforme hacia adentro. Se utiliza a menudo para fabricar piezas lisas de carrocerías de automóviles.
• Planchado : el material se comprime y se reduce su grosor a lo largo de una pared vertical. Se utiliza para latas de bebidas y casquillos de cartuchos de munición.
• Reducción/Estrechamiento: se utiliza para reducir gradualmente el diámetro del extremo abierto de un vaso o tubo.
• Curvado: deformación de un material para formar un perfil tubular. Las bisagras de las puertas son un ejemplo común.
• Dobladillo : doblar un borde sobre sí mismo para añadir grosor. Los bordes de las puertas de los automóviles suelen tener dobladillo. ^{[ 6 ]}

El perforado y el corte también pueden realizarse en prensas de estampado. El estampado progresivo es una combinación de los métodos anteriores que se lleva a cabo con un conjunto de matrices en fila a través de las cuales pasa una tira de material paso a paso.

El proceso de tribología genera fricción, lo que requiere el uso de un lubricante para proteger la superficie de la herramienta y la matriz contra rayones o desgaste. El lubricante también protege la chapa metálica y la pieza terminada de la misma abrasión superficial, además de facilitar el flujo elástico del material, evitando rasgaduras, desgarros y arrugas. Existe una variedad de lubricantes disponibles para esta tarea. Estos incluyen lubricantes a base de aceites vegetales y minerales, grasas animales o manteca, grafito , jabón y películas secas a base de acrílico. La tecnología más reciente en la industria son los lubricantes sintéticos a base de polímeros, también conocidos como lubricantes sin aceite . El término "lubricante a base de agua" se refiere a la categoría más amplia que también incluye compuestos más tradicionales a base de aceite y grasa.

La simulación de conformado de chapa metálica es una tecnología que calcula el proceso de estampado de chapa, prediciendo defectos comunes como grietas, arrugas, recuperación elástica y adelgazamiento del material. También conocida como simulación de conformado, esta tecnología es una aplicación específica del análisis de elementos finitos no lineal . Ofrece numerosas ventajas en la industria manufacturera , especialmente en la automotriz , donde el tiempo de comercialización, el costo y la producción ajustada son cruciales para el éxito de una empresa.

Una investigación reciente realizada por la empresa de investigación de Aberdeen (octubre de 2006) descubrió que los fabricantes más eficaces dedican más tiempo a la simulación inicial y obtienen beneficios hacia el final de sus proyectos. ^{[ 7 ]}

La simulación de estampado se utiliza cuando un diseñador de piezas de chapa metálica o un fabricante de herramientas desea evaluar la probabilidad de fabricar con éxito una pieza de chapa metálica, sin el coste de fabricar una herramienta física. La simulación de estampado permite simular cualquier proceso de conformado de piezas de chapa metálica en el entorno virtual de un ordenador por una fracción del coste de una prueba física.

Los resultados de una simulación de estampado permiten a los diseñadores de piezas de chapa metálica evaluar rápidamente diseños alternativos para optimizar sus piezas y lograr una fabricación de bajo coste.

Si bien el concepto de estampación de componentes de chapa metálica se ha centrado tradicionalmente en el nivel macro (por ejemplo, aplicaciones para vehículos, aeronaves y embalajes), la continua tendencia a la miniaturización ha impulsado la investigación en microformas de estampación. Desde el desarrollo inicial de máquinas de micropunción a principios y mediados de la década de 2000 hasta la creación y prueba de una máquina de microdoblado en la Universidad Northwestern en la década de 2010, las herramientas de microestampación continúan investigándose como alternativas al mecanizado y al grabado químico . Ejemplos de aplicaciones de microestampación de chapa metálica incluyen conectores eléctricos, micromallas, microinterruptores, microcopas para cañones de electrones , componentes de relojes de pulsera, componentes de dispositivos portátiles y dispositivos médicos . Sin embargo, antes de que se logre la implementación a gran escala de la tecnología, deben abordarse cuestiones clave como el control de calidad, la aplicación en alto volumen y la necesidad de investigar las propiedades mecánicas de los materiales. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

El estampado de metales se puede aplicar a diversos materiales según sus propiedades metalúrgicas únicas para múltiples aplicaciones en una amplia gama de industrias. Este proceso puede requerir el conformado y procesamiento de metales comunes o aleaciones raras por sus ventajas específicas. Algunas industrias requieren la conductividad eléctrica o térmica del cobre-berilio en sectores como el aeroespacial, el eléctrico y el de defensa, o la alta resistencia del acero y sus aleaciones para la industria automotriz.

El estampado de metales en la industria se utiliza para:

• Análisis de cuadrícula circular
• Diagrama de límites de conformado
• Máquina de cuatro correderas , una máquina combinada de estampado, doblado y punzonado.
• Estampado progresivo
• Cizallamiento (fabricación)
• Puñetazos

• Hixon, Don (diciembre de 1984). "Un lubricante alternativo ofrece ventajas para el estampado". Precision Metal : 13.
• Jeffery, William C. (noviembre de 1985). "Los compuestos de trefilado sin aceite son rentables y sensatos". Estampado de metales : 16–17 .
• Hood, Phillip (Primavera de 1986). "Cumplimiento ambiental: un enfoque de los fabricantes de productos para césped y jardín sobre los lubricantes para estampado y el cambio ambiental". Stamping Quarterly : 24–25 .
• Claessens, Marilyn (27 de abril de 1989). "A los 75 años, IRMCO sigue siendo pionera: los lubricantes se desechan por el desagüe por diseño". Pioneer Press . Evanston, IL. pág.  33.
• Jeffery, Bradley (agosto de 1991). "Soluciones ambientales para el estampado de metales". MAN : 31–32 .
• Bergstrom, Robin P. (noviembre de 1991). "Estampado más limpio". Production Magazine : 54–55 .
• "Lubricantes y mezcla ambiental". Ingeniería de fabricación : 52–59 . Febrero de 1991.
• Cook, Brian S. (6 de enero de 1992). "Tecnología apropiada". Industry Week : 51–52 , 58.
• Rozynek, James R. (Invierno de 1995). "Estudio de caso: Conversión a lubricantes para estampado de metales a base de agua". Stamping Quarterly : 31–33 .
• Ward, Philip (agosto de 1996). "El lubricante de estampado a base de agua elimina los problemas de los lubricantes a base de aceite". Forming & Fabricating : 52–56 .
• Bailey, Matt (mayo de 1997). "Los lubricantes sin aceite ofrecen una solución solvente". Sheet Metal Industries . Reino Unido: 14–15 .
• Wren, Chris (junio de 1999). "Uno fuera: petróleo fuera". Sheet Metal Industries . Reino Unido: 21–22 .
• Jeffery, Brad (abril de 2003). "El resultado final: cómo sacar el máximo provecho de sus valores N". Metales modernos : 76.
• Kuvin, Brad F. (febrero de 2007). "El conformado de acero avanzado de alta resistencia no deja margen de error". MetalForming : 32–35 .
• Kuvin, Brad F. (mayo de 2007). "El gigantesco salto de fe de Dana con la lubricación". MetalForming : 32–33 .
• Kim, Hyunok (marzo de 2008). "Evaluación del rendimiento de embutición profunda de lubricantes de estampado con doble fase (DP) 590 GA". Centro de Conformado de Precisión (CPF), Universidad Estatal de Ohio : 1–5 .
• Kuvin, Brad F. (enero de 2009). "La automatización del embutido profundo ofrece resultados extraordinarios". MetalForming : 14–15 .