PRENSA EXCÉNTRICAS (BALANCÍN)

El trabajo metálico de láminas es uno de los procesos de transformación de materiales más utilizados en la industria. Comprende operaciones de corte y formado (plegado y embutido) que se realizan usualmente en frío sobre chapas delgadas de metal que provienen del proceso de laminado, cuyo espesor varía, por lo general, de 0,4 mm a 6 mm.

Las máquinas que realizan estos trabajos son las prensas, de las que existen infinidad de tipos y modelos, de acuerdo con la función que realizan, como por ejemplo las plegadoras de chapas.

La función general que distingue a las prensas que efectúan las operaciones en láminas es el troquelado (o estampado) y las herramientas utilizadas son punzones y dados o matrices. Por lo tanto, las prensas que realizan estos trabajos se conocen con el nombre genérico de prensas troqueladoras.

Dentro de la variada gama, los diseños más simples y menos rigurosos comprenden los llamados balancines o prensas excéntricas. En algunos países estos dos términos se manejan como sinónimos. En otros, se reconocen diferencias mínimas entre ambos, en el sentido que los balancines ejercen menor presión pero poseen mayor velocidad que otras prensas. Y finalmente, estas máquinas también se conocen con el nombre de prensas mecánicas, troqueladoras mecánicas, prensas excéntricas inclinables o balancines mecánicos. A los fines prácticos, en este artículo vamos a unificar la denominación como balancín.

Tipos de balancines

Teniendo en cuenta su estructura, el tipo más común de balancín es el de cuello de cisne, que puede ser de simple efecto (admiten solamente el desplazamiento de la corredera) o de doble efecto (desplazamiento independiente y simultáneo de la mesa y la corredera). La denominación cuello de cisne proviene de las máquinas más antiguas, cuyo armazón presentaba un arco en esa forma. Hoy en día ese tipo de armazón ha caído en desuso, pero conserva su forma de “C”, con una garganta (o escote) de gran amplitud que permite el acceso a la mesa de trabajo desde el frente y los laterales. Por lo general, los balancines de potencia media-alta incorporan dos barras tensoras en la garganta, a fin de evitar roturas y poder utilizar la máquina en trabajos más severos. Algunos modelos también presentan excéntricas de dos bielas independientes, capaces de realizar dos fases sucesivas de troquelado/estampado por ciclo de trabajo.

Hay dos subtipos de balancines de cuello de cisne:

• Volante lateral: en este tipo la excéntrica tiene dos puntos de apoyo y las máquinas pueden ser inclinables. Son los más usados y se emplean para trabajos de mediana magnitud con potencias de 10 a 100 toneladas.

• Volante frontal: la excéntrica posee un solo punto de apoyo y por tal razón se emplean en trabajos livianos donde se requiere poca potencia.

EN FUNCIONAMIENTO

Parámetros de los balancines

Al igual que con muchas otras prensas, los parámetros que distinguen los balancines se vuelven importantes a la hora de elegir un modelo, por lo que se deben tener en cuenta estas características básicas que varían.

• Tipo de armazón: como ya señalamos, el diseño más empleado de balancines es una estructura en “C” llamada cuello de cisne. Pueden incluir tensores de refuerzo y ser de volante frontal o lateral; en este último caso, también pueden ser inclinables.

• Fuerza nominal: la fuerza generada por la máquina (expresada en toneladas) varía a lo largo de su recorrido en función del ángulo de aplicación de la fuerza. Cuanto más próximo esté el punto de aplicación al punto muerto inferior mayor será la fuerza, siendo en este punto teóricamente infinita. La fuerza nominal de un balancín es proporcional a su tamaño, pudiendo encontrarse en el mercado desde pequeños balancines de banco de 1-2 toneladas hasta grandes máquinas de 200-250 toneladas.

• Velocidad: la velocidad de un balancín está dada por el número de golpes por minuto. Así, y dependiendo del tamaño de la máquina, los modelos convencionales ofrecen entre 12-200 golpes por minuto.

• Tipo de carrera: el desplazamiento o carrera de una corredera es la distancia en que dicha corredera se mueve desde el punto muerto superior al punto muerto inferior y determina la altura o longitud máxima de la pieza a procesar. Los balancines pueden ser de carrera fija o regulable. La regulación de la carrera se realiza mediante un sistema dentado capaz de ofrecer un gran número de longitudes disponibles.  Naturalmente, la carrera regulable es la que más utilidad ofrece.

Otros parámetros como la profundidad de la garganta, las dimensiones de la mesa de trabajo, de la corredera y de la propia máquina brindarán una idea del tamaño y la solidez de las piezas que puede soportar cada balancín.

De amplio uso en la industria metalúrgica tanto para trabajos ligeros como medianos, el balancín permite realizar generalmente una sola operación en cada golpe, tiene baja productividad y normalmente es necesario el uso de otras prensas para concluir una pieza. Su uso más difundido es para fabricar piezas sencillas como arandelas, accesorios y y pequeñas piezas de electrodomésticos.

PRENSAS HIDRÁULICAS

Es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.

Diagrama de Esfuerzo-Deformación

Ejemplo de Deformación (Punto Plástico)

Materiales para Herramientas de Corte

Los materiales para las herramientas de corte incluyen aceros al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes.

El carbono forma un carburo con el hierro, lo que hace que responda al temple y, de esta manera aumentar la dureza, la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste. El contenido de carbono de los aceros para herramientas está entre 0.6% y 1.4%.

El cromo si agrega para aumentar la resistencia al desgaste y la tenacidad; el contenido es entre 0.25% y 4.5%.

El cobalto se suele emplear en aceros de alta velocidad para aumentar la dureza en caliente, a fin de poder emplear las herramientas con velocidades de corte y temperaturas más altas y aún así mantener la dureza y los filos. El contenido es entre 5% y 12%.

El molibdeno es un elemento fuerte para formar carburos y aumentar la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y la dureza en caliente. Siempre se utiliza junto con otros elementos de aleación. El contenido es hasta de 10%.

El tungsteno mejora la dureza en caliente y la resistencia mecánica; el contenido es entre 1.25% y 20%.

El vanadio aumenta la dureza en caliente y la resistencia a la abrasión, el contenido en los aceros al carbono para herramientas es de 0.20% a 0.50%, en los aceros de altas velocidades es entre 1% y 5%.

Corte

El cizallado es la separación sin arranque de viruta de láminas y perfiles. Los cortes se pueden elaborar en forma lineal o curva en cualquier longitud.

Este proceso de corte de lámina o placas, produce cortes limpios, es decir, sin virutas o calor o reacciones químicas del metal, pudiéndose hacer cortes rápidos y con bastante precisión pero siempre en forma recta; longitudinal, transversal o diagonal a la placa. El cizallado es él termino empleado cuando se trata de cortes en línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se efectúan con punzocortado y perforación. El cizallado suele ser en frío en especial con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los metales.

Tipos de Fuerzas en el proceso de Corte

Entallar

Cuando se sientan los filos se encoge un tanto el material bajo el efecto de fuerza. Tan pronto como pasa su limite de elasticidad, los filos entallan el material.

Corte

Mediante la penetración mes profunda sobrepasan las cuchillas de cizallamiento la resistencia interior de la estructura del metal y entrecortan la pieza.

Desgarre

Las cuchillas de cizallamiento aplastan el material entre los dos filos, ante esto se fortalece el material. Como ahora los filos no pueden penetrar más, desgarran el material restante con el efecto de fuerza posterior.

Rasgado - 1 cuchilla superior de cizallamiento, 2 chapa rasgada, 3 cuchilla inferior de cizallamiento

En las superficies de separación de chapas gruesas se pueden reconocer estas etapas.

El Doblado

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.

A consecuencia de este estado de tracción-compresión el material tenderá a una pequeña recuperación elástica. Por tanto, si queremos realizar un doblado tendremos que hacerlo en un valor superior al requerido para compensar dicha recuperación elástica. Otra posible solución es realizar un rebaje en la zona de compresión de la chapa, de esta forma aseguramos que toda la zona está siendo sometida a deformación plástica. 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.

El Embutido

El embutido se produce por la penetración del punzón en la matriz.

La chapa (disco) debe pasar entre el punzó y la matriz de modo preciso (admitiendo cierto juego) para evitar la aparición de pliegues en las paredes de la pieza. Como regla general podemos decir que, a mayor espesor, menor posibilidad de formación de pliegues.

El troquel puede montarse en una prensa excéntrica o de mano.

Con troqueles sencillos se puede modificar un perfil esbozado para obtener el definitivo.

Con punzones de goma se pueden embutir recipientes a fin de abordarlos, actuando en su interior de modo que al comprimirse verticalmente y expandiéndose hacia los lados logran la forma. Se emplea en chas de metal ligero.

El achaflanado de los borde de la matriz ayudan a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir.

Es conveniente hacer agujero pequeños en la matriz para evacuar el aire encerrado.

Numero de Pases para Embutición 

La determinación del número de operaciones, junto a la del diámetro del disco inicial son dos de las cuestiones más importantes de los procesos de embutición. La necesidad de realizar el embutido en dos o más pasadas viene determinada por la imposibilidad de que el material pueda resistir la elevada tensión radial a que se le somete durante el proceso de embutición debido a la relación existente entre el diámetro inicial del disco y el diámetro del recipiente a embutir.

Las piezas embutidas de gran profundidad, o de forma complicada no pueden ser obtenidas en una sola operación. Estas deben ser deformadas en varias etapas y en matrices diferentes, acercándose progresivamente a la forma definitiva.Cuanto mas pequeño es el diámetro del punzón respecto al disco a embutir tanto mayor sera la presion necesaria para el embutido. Para que esta presión no provoque la rotura de la chapa, esta no debe superar los limites de resistencia del material. Los factores mas importantes que influencian la calidad y la dificultad de las embuticiones son:

1.    Características del material: propiedades, tamaño de grano.

2.    Espesor del material.

3.    Tipo de embuticion: simple doble o triple efecto.

4.    Grado de reducciones.

5.    Geometría de la embuticion.

Tabla de Uso (Deformación)

Conclusiones

Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las piezas metálicas. Por tanto podemos decir que las operaciones basadas en la ductilidad y maleabilidad del material se denominan conformado por deformación plástica, y pueden realizarse en frío o en caliente, según sean las propiedades del metal de que se trate, y según la forma más o menos complicada del producto que se pretende obtener. Las principales operaciones de conformado por deformación plástica son: forja, laminación, trefilado y extrusión.