TL;DR

El arrugado en el estampado de metal es causado principalmente por tensiones circunferenciales de compresión en la zona de la brida cuando el diámetro del disco se reduce al diámetro de la copa. Cuando el material no puede comprimirse sobre sí mismo, se pandea.

El método de prevención más efectivo es aplicar la Fuerza del Sujetador de Brida (BHF) presión adecuada del prensatelas 2.5 N/mm² es la referencia estándar. Los controles secundarios incluyen el uso de cordones de embutición matrices de doble acción o prensatelas adicionales radios del troquel los radios de embutición

La Física del Arrugado: Por Qué el Metal se Pande

Para prevenir eficazmente el arrugado, los ingenieros deben comprender primero el mecanismo de inestabilidad por compresión durante el embutido profundo, una chapa plana se transforma en una forma tridimensional. A medida que el material fluye desde el borde exterior de la chapa hacia la cavidad del troquel, la circunferencia disminuye. Esta reducción obliga al material a comprimirse tangencialmente (esfuerzo anular). Si este esfuerzo de compresión supera el esfuerzo crítico de pandeo del material, el metal ondula o se pliega, creando arrugas.

Este fenómeno está regido por la Relación máxima de embutición (LDR) —la relación entre el diámetro de la chapa y el diámetro del punzón. Cuando la chapa es demasiado grande en relación con el punzón, la cantidad de material que "se acumula" en la brida se vuelve inmanejable, provocando un engrosamiento severo. Si el espacio entre la cara del troquel y el sujetador de chapa no se controla estrictamente para acomodar este engrosamiento (permitiendo típicamente solo un 10-20 % de holgura por encima del espesor nominal), el material se pandeará dentro del espacio vacío.

El arrugado se manifiesta en dos formas principales: Arrancamiento de las bridas (Primer orden), que se produce en el área debajo del ligante, y Arruinas en las paredes (Segundo orden), que ocurre en la región no soportada entre el radio de la matriz y el radio de punción. La identificación de la zona de origen de la arrugas es el primer paso en el diagnóstico: las arrugas de las bridas indican una presión insuficiente del aglutinante, mientras que las arrugas de las paredes suelen indicar un radio excesivo de la matriz o una mala adaptación del material.

Solución primaria: Optimización de la fuerza del poseedor de espacio en blanco (BHF)

La Portamachuelo (o aglutinante) es la principal variable de control para prevenir las arrugas. Su función es aplicar suficiente presión a la brida para suprimir la flexión mientras permite que el material fluya hacia el troquel. Si la presión es demasiado baja, se forman arrugas; si es demasiado alta, el material se rompe (fractura) porque no puede fluir.

De acuerdo con las normas de la industria, la presión específica requerida varía significativamente según el tipo de material. Una regla práctica para la configuración inicial es:

• Acero: no se pueden utilizar
• Aleaciones de cobre: 2,0 2,4 N/mm2
• Aleaciones de Aluminio: 1.2 1.5 N/mm2

Los ingenieros deben calcular la fuerza requerida en función del área proyectada de la brida bajo el sujetador. Es recomendable añadir un factor de seguridad de aproximadamente el 30% a este cálculo durante la fase de diseño, ya que es más fácil reducir la presión en la prensa que generar más fuerza de la que permite el diseño.

Para piezas complejas, una presión uniforme a menudo resulta insuficiente. Configuraciones avanzadas utilizan sistemas de presión variable (almohadillas hidráulicas o de nitrógeno) que pueden ajustar la fuerza a lo largo del recorrido: aplicando alta presión inicialmente para fijar la brida y reduciéndola conforme la pieza se profundiza para evitar desgarros. El uso de separadores o bloques niveladores (topes) es fundamental para mantener una separación precisa ligeramente más gruesa que el material, asegurando que el sujetador no aplaste simplemente la chapa sino que la controle.

Controles de Diseño de Herramental: Líneas de Embutición y Radios

Cuando la presión por sí sola no puede controlar el flujo del material—algo frecuente en piezas automotrices no simétricas— cordones de embutición son la solución de ingeniería requerida. Las cuentas de dibujo son costillas elevadas en el aglutinante que obligan al material a doblarse y desdoblarse antes de entrar en la cavidad del molde. Esta acción mecánica crea una fuerza de retención independiente de la fricción, lo que permite un control preciso del flujo local.

La geometría de la el radio de la matriz es igualmente crítico. Un radio que es demasiado pequeño restringe el flujo y causa la división, pero un radio que es demasiado Grande reduce el área de contacto y la tensión efectiva en la brida, lo que fomenta el flujo demasiado libre del material y las arrugas. El radio de la matriz debe estar perfectamente pulido y geométricamente preciso para mantener el "punto ideal" de tensión.

Además, la rigidez de la herramienta en sí misma es importante. Si el la zapata si el volumen de la carga no es lo suficientemente grueso, puede flexionarse bajo el tonelaje, creando una distribución de presión desigual. Los pines guía deben ser lo suficientemente robustos como para evitar cualquier movimiento lateral de las herramientas superior e inferior, que causaría huecos inconsistentes y arrugas localizadas.

Variables de proceso: lubricación y selección de materiales

La fricción es una espada de doble filo en el embutido profundo. Aunque lubricación es esencial para prevenir gripado y roturas, una lubricidad excesiva (demasiado deslizamiento) puede en realidad empeorar el arrugamiento si la fuerza del sujetador no se aumenta para compensarlo. El material fluye tan fácilmente que el sujetador no puede generar suficiente fricción para contrarrestar las fuerzas de pandeo. Asegúrese de que el lubricante se aplique de forma consistente y que las boquillas estén fijas en su posición.

Propiedades del material también dictan la ventana del proceso. Para aplicaciones con acero inoxidable, reemplazar el estándar 304con las demás puede mejorar significativamente la conformabilidad. El 304L tiene un límite elástico más bajo (aproximadamente 35 KSI frente a 42 KSI del 304), lo que significa que opone menos resistencia al flujo y se endurece más lentamente por deformación, reduciendo la fuerza necesaria para mantenerlo plano. Verifique siempre que el material base esté especificado como "Calidad para Embutido Profundo" (DDQ) para minimizar la anisotropía.

Incluso con un diseño perfecto, la capacidad física de su socio fabricante es un factor limitante. Para componentes automotrices de alto volumen como brazos de control o subbastidores, la precisión es imprescindible. Fabricantes como Shaoyi Metal Technology utilizan prensas con capacidades de hasta 600 toneladas y certificación IATF 16949 para cerrar la brecha entre la prototipación rápida y la producción en masa. Asociarse con un especialista garantiza que los cálculos teóricos de BHF coincidan con la capacidad real del equipo, evitando defectos antes de que lleguen a la línea de ensamblaje.

Lista de verificación para solución de problemas: Un protocolo paso a paso

Cuando aparezcan arrugas en la línea de producción, siga este flujo de trabajo diagnóstico sistemático para identificar la causa raíz:

1. Inspeccione la prensa: Busque guías desgastadas o falta de paralelismo del carro. Si el carro no baja recto, la distribución de presión será desigual.
2. Verifique las especificaciones del material: ¿El espesor del material es constante? Mida el borde de la bobina; variaciones incluso de 0,003 pulgadas pueden afectar el espacio del sujetador.
3. Verifique los separadores: ¿Los topes están estableciendo la separación correcta? Si están desgastados o sueltos, el sujetador podría estar "asentándose" antes de aplicar fuerza sobre la chapa.
4. Ajuste gradualmente la fuerza del sujetador: Aumente la presión del sujetador en pequeños pasos. Si persisten las arrugas pero comienza la fisuración, significa que ha reducido demasiado la ventana del proceso; considere modificar los cordones de embutición o la lubricación.
5. Revisar la lubricación: Verifique si la mezcla de lubricante es demasiado rica o si se aplica en exceso en la zona de la brida.
6. Examinar la superficie de la herramienta: Busque gripado en los cordones de embutición o radios que pudiera estar generando una fricción desigual.

Dominar el flujo

Evitar las arrugas no consiste en eliminar la fuerza, sino en gestionarla con precisión. Requiere un enfoque integral que equilibre la física del esfuerzo circunferencial con los controles técnicos de la fuerza del sujetador, la geometría de la herramienta y la selección del material. Al tratar el proceso de estampado como un sistema de variables interrelacionadas en lugar de pasos aislados, los fabricantes pueden lograr piezas embutidas profundas consistentes y libres de defectos.

El éxito radica en los detalles: el cálculo preciso de la presión en N/mm², la colocación estratégica de las estrías de embutición y la disciplina para mantener las condiciones de la prensa y las herramientas. Con estos controles en su lugar, incluso las geometrías más complejas pueden formarse de manera confiable.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cómo calculo la fuerza correcta del sujetavacos?

El cálculo básico consiste en multiplicar el área de la brida (bajo el sujetador) por la presión específica requerida para el material. Para acero suave, utilice aproximadamente 2.5 N/mm² (MPa). Siempre agregue un margen de seguridad (por ejemplo, +30 %) a los requisitos de capacidad de la prensa para permitir ajustes durante la puesta a punto.

2. ¿Puede causar arrugas un exceso de lubricante?

Sí. El lubricante reduce la fricción, que es una de las fuerzas que ayuda a restringir el flujo del material. Si la fricción disminuye significativamente sin un aumento correspondiente en la fuerza del sujetavacos, el material puede fluir demasiado libremente hacia la cavidad del troquel, provocando pandeo y arrugas.

3. ¿Cuál es la diferencia entre arrugamiento y rotura?

El arrugado y el rasgado son modos de falla opuestos. El arrugado es causado por compresión excesiva y restricción insuficiente de flujo (material suelto). El rasgado (fisuración) es causado por tensión excesiva y demasiada restricción de flujo (material tenso). El objetivo del embutidor es encontrar la "ventana de proceso" entre estos dos defectos.