Ventajas del proceso de embutición profunda

 Existen tres tipos básicos de procesos de embutición profunda: con piezas activas, con energía activa y con herramientas, que es el más común en la industria del automóvil [1]. El proceso utiliza herramientas rígidas como un punzón, una matriz y un portapiezas que suelen ser de acero para herramientas, acero al carbono o carburos cementados.

En primer lugar, se fija una pieza en bruto de material entre el soporte y la matriz, y posteriormente se deforma mediante un punzón, moviéndose hacia abajo dentro de la matriz hasta obtener la forma deseada.  El proceso suele ir acompañado de otras operaciones, como perforación, recorte, marcado y muchas otras. Se puede estirar una amplia gama de materiales, entre otros aluminio, acero sin alear, acero inoxidable, latón, bronce o cobre.

Los principales parámetros que afectan al proceso son: la presión de sujeción de la pieza en bruto (de tipo holgura o de tipo presión) que evita que se arrugue al embutir; la relación de embutición, que es la relación entre el diámetro de la pieza en bruto y el diámetro de la garganta de la matriz; la holgura radial entre una matriz y un punzón que determina una fuerza de embutición máxima; los radios de perfil de un punzón y una matriz [5, 6].

Los defectos más comunes en las operaciones de embutición profunda son las arrugas, el gripado, la piel de naranja, las orejas y el desgarro. Su aparición está relacionada con numerosos factores, como la dureza de la pieza en bruto, el sistema de lubricación, la calidad de la superficie de la matriz, el tamaño de grano y la anisotropía del material embuticion, la presión de sujeción y la holgura entre el punzón y la matriz.

Para evitar la aparición de estos defectos, el material puede someterse al proceso de tratamiento térmico u otro método de refinamiento del grano. Además, es necesario ajustar la configuración de embutición, es decir, la holgura entre el punzón y la matriz, teniendo en cuenta el grosor de la pieza en bruto. El sistema de lubricación se utiliza para reducir la fricción y, además, simplifica la extracción del punzón de la matriz [5, 6].

Para un conocimiento detallado del proceso de conformado, es necesario realizar una simulación numérica de cada pieza embutida, apoyada en el conocimiento del material incluyendo la plasticidad, anisotropía y endurecimiento.

Dado que la producción de herramientas es bastante costosa, se recomienda la validación del comportamiento del material, incluido el flujo de la chapa, utilizando matrices experimentales. Dentro de las pruebas que utilizan la matriz experimental, la complejidad de una pieza en serie puede reproducirse y evaluarse en una geometría simple, pero parecida y ajustando todas las condiciones de contorno, que pueden utilizarse para mejorar la simulación numérica. Las matrices experimentales más utilizadas son la copa, la forma de cruz, la matriz cuadrada y la forma triangular (ETH). Las distintas geometrías generan diferentes tensiones y deformaciones que conducen a diferentes límites de conformado.

Para comparar los resultados de la simulación numérica y la embutición profunda utilizando matrices experimentales con la pieza de producción real, puede utilizarse un sistema fotogramétrico para el análisis detallado de la conformabilidad del material. Con el sistema ARGUS de GOM, la pieza se registra con imágenes de alta resolución, que posteriormente se procesan mediante sofisticados algoritmos para obtener una distribución de la deformación superficial basada en el patrón inicial impreso cuadriculado en chapa no deformada, inicialmente plana.