MARCO TEORICO DE LA REPUJADORA AUTOMÁTICA

  Se denomina torno a un conjunto de máquinas herramienta que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas máquinas operan haciendo girar la pieza a mecanizar mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. 

  Para el proceso de repujado se encuentran disponibles tornos horizontales de tamaños estándar que pueden hacer girar láminas que van de 6,4 mm hasta 1,8 m de diámetro. Existen en el mercado tornos especiales con un agujero que  permite el repujado de materiales tan grandes como 4.9 metros de diámetro. Los tornos se deben encontrar equipados con control variable de la velocidad para permitir cambios rápidos que se consideren necesarios por parte del operador. (American Society For Metals, 2001)

  Repujado es un proceso de formación de lámina metálica sin fisuras en cilindros huecos, conos, hemisferios u otras formas circulares, mediante una combinación de fuerza y rotación. En la base de las técnicas utilizadas, las aplicaciones y los resultados obtenidos, el proceso se puede dividir en dos categorías, Repujado manual (Con o sin asistencia mecánica para incrementar la fuerza) y Repujado automático. (American Society For Metals, 2001)El repujado manual no implica ningún adelgazamiento apreciable de la lámina metálica. La operación se realiza con el uso de un torno, y consiste en presionar una herramienta contra una lámina circular metálica que gira sobre el cabezal del molde, obligando a la lámina a copiar la determinada forma del molde. Varios dispositivos mecánicos se utilizan para aumentar la fuerza que se puede aplicar sobre la lámina. La mayoría de los procesos de repujado se realiza sobre la lámina en frio, solo en ciertas ocasiones el metal es calentado con 2 objetivos, aumentar la ductilidad de metales duros o con secciones gruesas y disminuir el esfuerzo de trabajo sobre los metales para tener un mejor adelgazamiento en el repujado.

  El repujado manual se utiliza para laminados en rines, tazas, conos, y superficies de doble curvatura de revolución como campanas. Entre los productos finales se encuentran reflectores de luz, tapas de tanques, carcasas, escudos, y componentes para instrumentos musicales. El repujado manual también es ampliamente utilizado para la producción de componentes para la industria  aérea y aeroespacial, a menudo con asistencia mecánica para el aumento de la fuerza debido al gran tamaño del material.

Ilustración 1. Chapas cónicas y cilíndricas formadas con repujado manual

  El espesor máximo de trabajo recomendado para láminas de acero de bajo carbono es de 3.2 mm (1/8 in) y con estas laminas de acero se puede generar hasta un diámetro de 1.8 m (72 in). Los diámetros obtenidos con el repujado pueden ser mayores cuando la hoja de acero es más delgada, pero este se ve limitado por la disponibilidad de equipo. El límite superior de espesor a repujar aumenta a medida que aumenta la ductilidad del metal o disminuye la resistencia de este. 

  Por ejemplo, en el repujado manual de aluminio es factible trabajar con un grosor de 6,4 mm (1/4 in). (American Society For Metals, 2001)

  Moldes

  Normalmente hecho en madera. La mayoría de moldes de madera están construidos por proceso de aglomeración, con pegante, de tiras de 25 a 50 mm de grosor para crear una estructura transversal laminada. Luego de tener el bloque, este se maquina por torneado de madera a la forma que se necesite para el proceso de repujado. Ocasionalmente se utilizan refuerzos de acero en los extremos y en los pequeños radios y curvaturas para facilitar el mantenimiento y garantizar dimensiones durante el repujado en serie de piezas.

  Algunos moldes, ya sean de madera o que alternen placas de acero con anillos, se utilizan con el fin de obtener una forma más duradera, sin embargo no es más económico. Otros incluyen composiciones de fibras, acero,  hierro fundido, aluminio, magnesio y recubrimientos de plástico. Pocos son  los  moldes totalmente de metales pesados como el acero o el hierro fundido, a excepción de moldes de pequeña dimensión. Los moldes sólidos de acero o de hierro fundido deben de estar estáticamente equilibrados, y para el uso a gran  velocidad, también deben estar equilibrados dinámicamente.

  En general, el molde para generar la forma de una pieza completa, cuando esta posee una forma muy compleja o cuando es necesario un tratamiento térmico intermedio, es necesario repartir el proceso en etapas utilizando una serie sucesiva de moldes diferentes. Los moldes para las primeras etapas de la pieza se llaman preforma o desglose moldes. (American Society For Metals, 2001)

  Velocidades

  Las velocidades que mejor se adaptan al repujado manual dependen principalmente de la composición y el espesor de la lámina de trabajo.  Por ejemplo, una lámina de acero inoxidable se repuja con éxito con una velocidad de 0 m/min y una lámina de aluminio permitirá velocidades de 120 a 180 m/min. La velocidad es generalmente determinada por el operador de maquina teniendo en cuenta al máximo las condiciones de trabajo y su experiencia.

  Del mismo modo, si el espesor de la lámina de trabajo se redujera a la mitad del grosor original sin sufrir ningún otro cambio, es posible duplicar, hasta triplicar, la velocidad del proceso. Se podría decir que la velocidad es inversamente proporcional al espesor del material de trabajo. La selección de una velocidad adecuada de trabajo depende básicamente de la experiencia del operador del proceso. Normalmente el proceso de repujado requiere cambios de velocidad constantes, es por este motivo que es necesario que la maquina posea un control de velocidad variable sobre el cabezal. (American Society For Metals, 2001)

  Repujado automático

  El repujado automático también es conocido como repujado por cizalladura, ya que en este método la lámina de metal se adelgaza intencionalmente por altas fuerzas de cizalladura tales como 3,5 MN (400 tonf). El repujado automático tiene dos grandes aplicaciones: el repujado de tubo y el repujado de cono.

  Prácticamente todos los metales dúctiles pueden ser procesados por el repujado automático. Laminas tan grandes como 6 metros de diámetro y 25 mm de espesor se pueden repujar sin la aplicación de calor externo. Cuando el material  se calienta por una fuente externa se pueden llegar a repujar hasta 140 mm de espesor. Las formas cónicas y las formas curvilíneas son las más comúnmente producidas a partir de preformas en el repujado automático. Para la utilización de repujado automático en procesos de manufactura debe ser bien conocida la mecánica del proceso y se deben seguir las normas en la planificación.

  Maquinas para repujado automático

  El repujado automático se hace en máquinas especialmente diseñadas y construidas para este fin. Los componentes importantes de una máquina de este tipo se muestran en la siguiente figura.

  Las máquinas para el repujado automático suelen describirse especificando la longitud y diámetro de la pieza más grande que se puede trabajar en esta y la fuerza máxima que se puede aplicar sobre la lámina de trabajo.  También es común indicar que la máquina puede, en una sola pasada, reducir el espesor de metal en un 50%.

  Ilustración 2. Perfil esquemático de una máquina para repujado automático

  ASM HANDBOOK, Forming and Forging

  Las máquinas de repujado pueden tener una configuración horizontal o vertical. Máquinas utilizadas para repujado de piezas de 1,8 m de diámetro o más, son generalmente verticales, ya que se adaptan mejor a la manipulación de grandes trabajos. La mayoría de las máquinas utilizadas para la producción de repujado son semiautomáticas, es decir, el ciclo de repujado se controla   automáticamente,pero son cargadas y descargadas por el operario. (American Society For Metals, 2001)

  Herramientas para repujado automático de conos

  Moldes, rodillos, y otros instrumentos son sometidos a esfuerzos mayores en el repujado automático que en el repujado manual, por lo tanto, hay que tener más cuidado a la hora de hacer el diseño y escoger los materiales para la construcción.

  En el repujado automático los problemas más frecuentes con los moldes de forma cónica son las fallas por grietas o por desgaste. Los moldes deben poseer alta dureza con el fin de resistir el desgaste, y deben resistir la fatiga resultante de los casos de carga excéntrica. La selección de los materiales para los moldes cónicos depende en primer lugar del número de piezas que se vallan a repujar. Sobre la base de la cantidad, los más utilizados son:

  Fundición de hierro gris para baja producción (10 a 100 piezas).  Aleación de hierro fundido, para el repujado de 100 a 250 piezas.

  Acero 4150 o 52100 endurecido a 60 HRC, para 250 a 750 piezas.

  Aceros para herramientas tales como O6, A2, D2 o D4 endurecido a 60 HRC o ligeramente superior, para una alta producción.

  El acabado superficial de los moldes debe tener una rugosidad máxima de 1,5 µm.

  Existen tres tipos básicos de rodillos los cuales se muestran en la ilustración anterior. Los rodillos son generalmente diseñados en función del tipo y el tamaño del torno repujador. Básicamente la forma de los rodillos depende en gran medida de la forma de la pieza a ser repujada; con curvatura completa se utilizan para producir formas curvilíneas con escalones, mientras que los rodillos consuperficies planas o con puntas se prefieren para el repujado de los conos. (American Society For Metals, 2001)

Ilustración 3. Tipos básicos de rodillos para repujado de lámina

  Velocidades y avances para repujado automático

  Para la mayoría de los materiales las velocidades altas de proceso son mejores, pero velocidades bajas también se utilizan, salvo para el repujado de piezas de pequeño diámetro, las cuales exigen altas velocidades. Prácticamente las velocidades entre 305 a 610 m/min son las más ampliamente utilizadas, independiente de la composición de la lamina metálica de trabajo, la forma de la pieza, o la reducción por paso.

  El avance de la herramienta, en la mayoría de las operaciones de repujado de cono, se encuentra entre 0,25 y 2 mm por revolución, sin embargo, en la práctica los pasos de avance son normalmente descritos en mm/min. La mayoría de máquinas utilizadas están equipadas con dispositivos electrónicos o hidráulicos, los cuales sin escala pueden variar la velocidad de avance desde 38 hasta 380mm/min. La velocidad de avance es muy importante para controlar el acabado y el ajuste de la pieza.

  Para encontrar la combinación óptima de velocidad de rotación, avance y presión, lo más conveniente es girar experimentalmente en el inicio de cada nuevo trabajo, en este paso es muy importante la experiencia del operario. Durante una operación continua, factores del proceso como la temperatura en los moldes y en las herramientas ocasiona cambios en los parámetros iníciales, por lo tanto, después de la primera hora, a menudo es necesario ajustar la presión,la velocidad y el avance para conservar resultados uniformes. (American Society For Metals, 2001)

  Refrigeración y lubricantes para repujado automático

  El proceso de repujado generalmente utiliza un fluido que sirve tanto para refrigerar como para lubricar, esto debido a la gran cantidad de calor que se genera por la alta fricción. El fluido base más comúnmente utilizado es el agua, generalmente, una solución coloidal de zinc en pasta de litio o pasta de disulfuro de molibdeno se mezclan con agua para que funcione como lubricante. Estas combinaciones de lubricante-refrigerante se utilizan para la mayoría de los metales, a pesar que las combinaciones libres de zinc, son las más adecuadas para el repujado de acero inoxidable. Lubricante SHELL® con estas especificaciones, Ver ANEXO 2.

  Diversos aceites y mezclas de petróleo, como 10% de manteca de cerdo en queroseno, también se han utilizado con éxito. Independiente de la  composición, el líquido debe ser de flujo libre y aplicado en grandes cantidades, o las piezas de trabajo y herramientas serán dañadas por el calor. En el proceso con aluminio o acero inoxidable, normalmente las piezas son recubiertas con lubricantes antes de iniciar el proceso. (American Society For Metals, 2001)

  Efectos del repujado en las propiedades del metal

  El repujado es un proceso de deformación en frio, por lo tanto tiene un marcado efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. El tamaño del grano y la dirección son redefinidos por el giro del repujado. El acabado superficial de la pieza de trabajo suele ser suficiente para no necesitar mecanizados adicionales luego del proceso.

  En el repujado, la tracción y los puntos duros aumentan mientras disminuye la ductilidad. La magnitud del efecto depende de la cantidad de reducción de  la pared y la susceptibilidad del metal de trabajo al endurecimiento por deformación en frio.

  Para medir el endurecimiento en la zona de deformación, Rockwell F  (HRF, dureza con bola de 1/16 in, con carga de 60 kg) se recogieron datos en la sección transversal de una de pieza de cobre repujado con reducción del 43%. Es evidente que el área cerca del rodillo de contacto tiene mayor dureza que el área en el lado de mandril. (American Society For Metals, 2001)

Ilustración 4. Distribución dureza en pieza de cobre reducida 43% en repujado