Proceso de Doblado
Revisión Bibliográfica
D. E. Herrera, M. López, M. Bernal, A. Pájaro
(Recibido: 09 de Nobiembre de 2015; Aprobado: )
Resumen
Con el fin de conocer los fundamentos teóricos del proceso de doblado, se presenta a continuación una reseña bibliográfica del mismo. El artículo está compuesto de definiciones de los conceptos más importantes, así como de ejemplos que ilustran la importancia y cotidianidad de este proceso, dentro de la familia de los procesos de deformación volumétrica.
Palabras clave - Procesos de deformación volumétrica, Doblado, Tubería.
Abstract
In order to know the theoretical foundations of the bending process is presented below A
literature review of it . The article consists of definitions of the Most
Important Concepts and examples that illustrate the importance and everyday de
este Process within the family of volumetric deformation processes
Keywords – Volumetric deformation processes , Bending , Pipe .
Melissa López: melissalopez@usantotomas.edu.co Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
Daniel Herrera: danielherrerac@usantotomas.edu.co, Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
Andrés Pájaro: andrespajaro@usantotomas.edu.co, Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
Marco Bernal: marcobernal@usantotomas.edu.co, Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.
I. INTRODUCCIÓN
El proceso de doblado es fundamental en muchas aplicaciones de ingeniería. Principalmente se usa para lograr acomodaciones específicas de una tubería en una determinada configuración. Por lo general es un proceso que se debe hacer en frío a fin de evitar que la tubería se deforme o se formen arrugas en el doblés. Es de gran importancia que las dimensiones de la sección transversal de la tubería se conserven después del proceso de doblado.
Los dobleces que se realizan a las tuberías deben ser distribuidos, en la medida de lo posible, en la mayor longitud del ducto, siempre se debe evitar radios de doblado demasiado cortos. Las arrugas y grietas se consideran defectos del proceso de doblado y pueden conducir a que la tubería falle.
Las tuberías tienen múltiples aplicaciones, pero por lo general se utilizan para conducir fluidos, por lo cual, los materiales que se seleccionan deben ser adecuados
para resistir altas presiones además de la abrasión que genera el paso continuo de fluido.
para resistir altas presiones además de la abrasión que genera el paso continuo de fluido.
El Benchmarking de máquinas dobladoras es bastante amplio, se debe seleccionar la máquina indicada para la aplicación deseada. En el presente artículo se menciona el diseño de una máquina dobladora de tubos por parte algunos de los autores.
II. MARCO TEÓRICO
“El doblado es un proceso de conformado sin separación de material y con deformación plástica utilizado para dar forma a chapas. Se utiliza, normalmente, una prensa que cuenta con una matriz –si es con estampa ésta tendrá una forma determinada- y un punzón -que también puede tener forma- que realizará la presión sobre la chapa. En el proceso, el material situado a un lado del eje neutro se comprimirá –zona interior- y el situado en el lado opuesto –zona exterior- será traccionado como consecuencia de los esfuerzos aplicados. Esto provoca también un pequeño adelgazamiento en el codo de la chapa doblada, cosa que se acentúa en el centro de la chapa.”[1]
A consecuencia de este proceso el material tenderá a una pequeña recuperación elástica. Si queremos realizar un doblado, se debe realizar el proceso con un valor superior al requerido para compensar dicha recuperación elástica. Otra solución es realizar un rebaje en la zona de compresión de la chapa. También podría servir estirar la chapa así aseguramos que toda la zona supera el límite elástico.
Según el ángulo o la forma que queramos dar al doblado existen matrices que nos proporcionan la forma deseada.
Los ángulos pueden ser clasificados como abiertos (si son mayores a 90 grados), cerrados (menores a 90°) o rectos. Durante la operación, las fibras externas del material están en tensión, mientras que las interiores están en compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lámina metálica.
Tipos de doblado
Doblado entre formas
En este tipo de doblado, la lámina metálica es deformada entre un punzón en forma de V u otra forma y un dado. Se pueden doblar con este punzón desde ángulos muy obtusos hasta ángulos muy agudos. Esta operación se utiliza generalmente para operaciones de bajo volumen de producción.
Doblado deslizante
En el doblado deslizante, una placa presiona la lámina metálica a la matriz o dado mientras el punzón le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado.
Este tipo de doblado está limitado para ángulos de 90°.
Tomado de: http://www.ingenieriaindustrialonline.com/herramientas-para-el-ingeniero-industrial/procesos-industriales/procesos-de-conformado/
El proceso de doblado consiste en llevar un material a la zona plástica con el único objetivo de lograr una deformación permanente. Obviamente uno de los efectos de llevar el material a esta zona es que se consigue un endurecimiento en la sección doblada:
Tomado de: https://www.google.com.co/search?q=doblado+de+metales&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoAWoVChMIu6_-7aOayQIVBWImCh1v7A4j#imgrc=va_2gJ-zH6rKNM%3A
Como se puede apreciar en la imagen anterior, el material quedará con una dureza mayor en la sección roja y azul debido a que esa sección ya se encuentra dentro de la zona de deformación plástica.
Es cierto que este proceso se puede aplicar a cualquier material dúctil y no solamente a los aceros.
Doblado en V y de bordes
Existen dos tipos principales de doblado y son los más utilizados en la industria del doblado de metales. Estos son el doblado en V y de bordes. A continuación se procederá a explicar cada uno de los anteriores:
Doblado en V:
El doblado en V se hace por medio de dados en V. Éste dado debe tener mayor dureza que el material a doblar, a parte de eso debe ser punta roma para evitar ralladuras que puedan reducir las propiedades mecánicas del material. Para este proceso es necesario que los dados estén lo suficientemente limpios para evitar efectos de oxidación, rayado o difusión los cuales son los principales causantes de las desventajas en este proceso.
Doblado de bordes:
El doblado de bordes consiste en colocar el material a doblar en voladizo. El material debe ser de sección transversal constante para evitar esfuerzos variables por parte de la máquina herramienta (esto también tiene el propósito de no someter a la máquina a cargas variables que la pueden deteriorar con mayor rapidez). En este proceso no se suele tener tanto cuidado con la limpieza de las piezas ya que su disposición en voladizo evita que virutas o escorias se introduzcan en el material, pero aún así se recomienda una limpieza eficaz con el fin de evitar ralladuras que deteriores la vida de la herramienta.
En esta configuración es más fácil conseguir que el material se doble debido a que la carga se aplica sobre una configuración en voladizo. El ángulo se limita a menos de 90 grados.
Análisis de ingeniería del doblado
Tolerancia de doblado:
La siguiente información fue tomada textualmente de: http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-332.pdf. Pag 2.
Si el radio del doblado es pequeño con respecto al espesor del material, el metal tiende a estirarse durante el doblado. Es importante poder estimar la magnitud del estirado que ocurre, de manera que la longitud de la parte final pueda coincidir con la dimensión especificada. El problema es determinar la longitud del eje neutro antes del doblado, para tomar en cuenta el estirado de la sección doblada final. Esta longitud se llama tolerancia de doblado y se puede estimar como sigue:
Donde BA = tolerancia de doblado en (mm);
A = ángulo de doblado en grados,
R = radio de doblado, (mm);
t = espesor del material, (mm);
Kba es un factor para estimar el estirado.
Los siguientes valores de diseño se recomiendan para Kba [2]: si R < 2t < Kba = 0.33; y si R ≥ 2t, Kba = 0.50. Estos valores de Kba predicen que el estiramiento ocurre solamente si el radio de doblado es más pequeño en relación con el espesor de la lámina.
La siguiente información es redactada por los autores del blog.
Recuperación elástica:
Como todo material, una vez retirada la carga que actúa sobre el se tiende a recuperar la forma original. La forma de calcular tal recuperación se basa en medir los ángulos de doblado:
RE = (A'-A'b)/A'b
Donde:
RE: Recuperación elástica.
A': Ángulo comprendido por la lámina de metal, en grados.
A'b: Ángulo comprendido por la herramienta de doblado, en grados.
No es tan obvio en este proceso a simple vista, pero después del proceso el radio de doblado aumenta debido a la recuperación elástica. La magnitud de la recuperación elástica se incrementa por el módulo de elasticidad E y la resistencia a la fluencia Y del metal del trabajo. Para evitar el efecto de recuperación elástica y aumento no deseado del radio de curvatura se pueden hacer dos cosas:
Fondeado: Involucra comprimir la parte al final de la carrera deformándola plásticamente en la región de doblado,
Sobredoblado: El ángulo del punzón y su radio se fabrican ligeramente menores que el ángulo especificado en la parte final, de manera que la lámina regrese al valor deseado.
Fuerza de doblado
La fuerza requerida para doblar el material depende de la geometría del punzón y del dado.
La fuerza máxima de doblado se puede estimar por medio de la siguiente ecuación:
Fmáx = [Kbf*T*Sw(t)^2]/D
Donde:
Fmáx: Fuerza máxima de doblado.
TS: Resistencia a la tensión en MPa.
w: ancho de la parte en la dirección del eje de doblez, (mm)
t: espesor del material o la parte, (mm)
D: dimensión del dado abierto en (mm), como se muestra a continuación:
Bibliografía
[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Doblado_de_chapa[2] Beer, F.; Russell, J.; DeWolf, J. y Mazurek, D. (2009). Mecánica de materiales. Estados Unidos. Mc Graw-Hill.[3] Doyle, L. (2009). Manufacturing processes and materials for engineers. Estados Unidos. Prentice Hall.
Molina, E. y Rubio, A. (2012).
[4] Análisis de funcionamiento, operación y mantenimiento e implementación de una dobladora de tubo para el centro de producción y servicios de la Universidad Técnica de Cotopaxi. Documento en línea. Disponible en: http://repositorio.utc.edu.ec/bitstream/27000/1347/1/T-UTC-0939.pdf. Consulta: 19/11/2015.
Molina, E. y Rubio, A. (2012).
[4] Análisis de funcionamiento, operación y mantenimiento e implementación de una dobladora de tubo para el centro de producción y servicios de la Universidad Técnica de Cotopaxi. Documento en línea. Disponible en: http://repositorio.utc.edu.ec/bitstream/27000/1347/1/T-UTC-0939.pdf. Consulta: 19/11/2015.
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