Estampación (metalurgia)

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

El proceso se lleva a cabo generalmente en chapa metálica , pero también se puede utilizar en otros materiales, como el poliestireno . Las matrices progresivas se alimentan comúnmente desde una bobina de acero, un carrete de bobina para desenrollar la bobina hasta una enderezadora para nivelar la bobina y luego a un alimentador que hace avanzar el material hacia la prensa y la matriz a una longitud de alimentación predeterminada. Dependiendo de la complejidad de la pieza, se puede determinar el número de estaciones en la matriz.

La estampación se realiza generalmente sobre chapa metálica fría. Véase Forjado para operaciones de conformado de metales en caliente.

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 martillado de las monedas siguió siendo el método principal de fabricación de monedas. Marx Schwab, en Alemania, desarrolló un nuevo proceso de estampación que implicaba que hasta 12 hombres giraran una gran rueda para presionar el metal y convertirlo en monedas. En la década de 1880, el proceso de estampación se innovó aún más. ^[2]

En la década de 1880, se utilizaban piezas estampadas para bicicletas fabricadas en serie. La estampación sustituyó a la forja y el mecanizado, lo que dio lugar a una reducción considerable de los costes. Aunque no eran tan resistentes como las piezas forjadas, su calidad era bastante buena. ^[3]

En 1890, se empezaron a importar piezas estampadas de bicicletas de Alemania a los Estados Unidos. Las empresas estadounidenses empezaron a encargar máquinas de estampación fabricadas a medida por fabricantes de máquinas herramienta estadounidenses. Gracias a la investigación y el desarrollo, Western Wheel pudo estampar la mayoría de las piezas de bicicleta. ^[4]

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

A lo largo de la historia de la estampación, forja y embutición profunda de metales, las prensas de todo tipo han sido la columna vertebral de la fabricación de metales. Los procesos siguen mejorando para mover más metal en una sola pasada de prensa. Las prensas y los dispositivos de automatización interconectados aumentan las tasas de producción, reducen los costos laborales y brindan más seguridad a los trabajadores.

• Doblado : el material se deforma o dobla a lo largo de una línea recta.
• Rebordeado: el material se dobla a lo largo de una línea curva.
• Repujado : el material se estira hasta formar una depresión poco profunda. Se utiliza principalmente para añadir patrones decorativos. Véase también Repujado y cincelado .
• Troquelado : se corta una pieza de una lámina de material, generalmente para hacer una pieza en bruto para su posterior procesamiento.
• Acuñación : se comprime o aprieta un patrón en el material. Tradicionalmente se utiliza para hacer monedas.
• Embutición : la superficie de una pieza en bruto se estira hasta adoptar una forma alternativa mediante un flujo de material controlado. Véase también embutición profunda .
• Estiramiento: la superficie de una pieza en bruto se incrementa mediante tensión, sin movimiento hacia adentro del borde de la pieza en bruto. Se utiliza a menudo para fabricar piezas de carrocería lisas.
• Planchado : el material se comprime y reduce su espesor a lo largo de una pared vertical. Se utiliza para latas de bebidas y casquillos de munición.
• Reducción/Estrechamiento: se utiliza para reducir gradualmente el diámetro del extremo abierto de un recipiente 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 agregarle grosor. Los bordes de las puertas de los automóviles suelen estar doblados. ^[6]

La perforación y el corte también se pueden realizar en prensas de estampación. La estampación progresiva es una combinación de los métodos anteriores que se realiza con un conjunto de matrices en fila por las que pasa una tira de material paso a paso.

El proceso de tribología genera fricción que requiere el uso de un lubricante para proteger la superficie de la herramienta y la matriz de rayones o desgastes. 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. Incluyen películas secas a base de aceite vegetal y mineral, a base de grasa animal o manteca de cerdo, a base de grafito , a base de jabón y a base de acrílico. La tecnología más nueva en la industria son los lubricantes sintéticos a base de polímeros, también conocidos como lubricantes sin aceite o 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. ^{[ cita requerida ]}

La simulación de conformado de chapa metálica es una tecnología que calcula el proceso de estampación de chapa metálica, ^{[7] [8]} prediciendo defectos comunes como grietas, arrugas, recuperación elástica y adelgazamiento del material. También conocida como simulación de conformado, la tecnología es una aplicación específica del análisis de elementos finitos no lineales . La tecnología tiene muchos beneficios en la industria manufacturera , especialmente en la industria automotriz , donde el tiempo de entrega al mercado, el costo y la fabricación eficiente son fundamentales para el éxito de una empresa.

Una investigación reciente de la empresa de investigación Aberdeen (octubre de 2006) concluyó que los fabricantes más eficaces dedican más tiempo a la simulación por adelantado ^{[ aclaración necesaria ]} y obtienen los beneficios hacia el final de sus proyectos. ^[9]

La simulación de estampación 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 gasto de fabricar una herramienta física. La simulación de estampación permite simular cualquier proceso de conformado de piezas de chapa metálica en el entorno virtual de una PC por una fracción del gasto de una prueba física.

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

Si bien el concepto de estampar componentes de chapa metálica se ha centrado tradicionalmente en el nivel macro (por ejemplo, aplicaciones para vehículos, aeronaves y embalajes), la tendencia continua de miniaturización ha impulsado la investigación en microformas de estampación. Desde el desarrollo temprano de las máquinas de micropunción a principios y mediados de la década de 2000 hasta la creación y prueba de una máquina de microcurvado en la Universidad Northwestern en la década de 2010, las herramientas de microestampación siguen siendo investigadas como alternativas al mecanizado y al grabado químico . Los 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, se deben abordar cuestiones clave como el control de calidad, la aplicación de alto volumen y la necesidad de investigación de materiales en propiedades mecánicas antes de que se realice la implementación a gran escala de la tecnología. ^{[10] [11] [12]}

El estampado de metales se puede aplicar a una variedad de materiales en función de sus cualidades únicas para trabajar el metal en una variedad de aplicaciones en una amplia gama de industrias. El estampado de metales puede requerir la formación y el procesamiento de metales comunes básicos hasta aleaciones raras para obtener ventajas específicas para la aplicación. Algunas industrias requieren la conductividad eléctrica o térmica del cobre-berilio en áreas como la industria aeroespacial, eléctrica y de defensa, o la aplicación de alta resistencia del acero y sus muchas aleaciones para la industria automotriz.

Las industrias en las que se utilizan los estampados de metales son:

• Aeroespacial
• Agricultura
• Municiones
• Grandes electrodomésticos
• Pequeños electrodomésticos
• Automotor
• Comercial
• Construcción
• Electrónica
• Armas de fuego
• Climatización
• Joyería
• Cuidado del césped y equipamiento
• Iluminación
• Herrajes de bloqueo
• Marina
• Médico
• Plomería
• Almacenamiento de energía
• Herramientas eléctricas
• Motor pequeño

• Análisis de cuadrícula circular
• Diagrama de límite de formación
• Máquina de cuatro correderas , una combinación de estampado, plegado y punzonado.
• Estampado progresivo
• Esquila (fabricación)
• Puñetazos

• Don Hixon, 1984, diciembre, "Un lubricante alternativo ofrece ventajas para la estampación", Precision Metal , página 13
• William C. Jeffery, 1985, noviembre, "Los compuestos para dibujo sin aceite son rentables y tienen sentido", Estampado de metales , páginas 16-17
• Phillip Hood, 1986, primavera, "Cumplimiento medioambiental: el enfoque de los fabricantes de césped y jardín sobre los lubricantes para estampado y el cambio medioambiental", Stamping Quarterly , páginas 24-25
• Pioneer Press , 27 de abril de 1989, Marilyn Claessens, "A los 75 años, IRMCO sigue siendo pionera: los lubricantes se desechan por diseño", Evanston, IL, página 33
• Bradley Jeffery, 1991, agosto, "Soluciones ambientales para el estampado de metales", MAN , páginas 31-32
• Robin P. Bergstrom, 1991, noviembre, "Estampación más limpia", Production Magazine , páginas 54-55
• 1991, febrero, "Mezcla de lubricantes y medio ambiente", Ingeniería de fabricación , páginas 52-59
• Brian S. Cook, 1992, 6 de enero, "Tecnología apropiada", Industry Week , páginas 51–52, 58.
• James R. Rozynek, 1995, Winter, "Estudio de caso: Conversión a lubricantes para estampado de metales a base de agua", Stamping Quarterly , páginas 31-33
• Philip Ward, 1996, julio/agosto, "El lubricante para estampado a base de agua elimina los problemas de lubricación a base de aceite", Forming & Fabricating , páginas 52-56
• Matt Bailey, Reino Unido, mayo de 1997, "Los lubricantes sin aceite ofrecen una solución solvente", Sheet Metal Industries , páginas 14-15
• Chris Wren, Reino Unido, 1999, junio, "One Out - Oil Out", Sheet Metal Industries , páginas 21-22
• Brad Jeffery, 2003, abril, "El resultado final: cómo obtener el valor N", Modern Metals , página 76
• Brad F. Kuvin, 2007, febrero, "La formación de acero avanzado de alta resistencia no deja margen para errores", MetalForming , páginas 32-35
• Brad F. Kuvin, mayo de 2007, "El gran salto de fe de Dana en materia de lubricación", MetalForming , páginas 32-33
• Hyunok Kim PhD, 2008, marzo "Evaluación del rendimiento de embutición profunda de lubricantes de estampado con fase dual (DP) 590 GA", Parte II en la serie de partes III, The Center for Precision forming (CPF), The Ohio State University , páginas 1-5
• Brad F Kuvin, enero de 2009, "La automatización de embutición profunda produce resultados notables", MetalForming , páginas 14-15

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