Tamaño de grano, Parte I: El tamaño de grano del material es importante en el doblado de chapa

La chapa y la placa pueden ser excepcionalmente impredecibles, especialmente cuando se forman en una prensa plegadora. imágenes falsas

Pregunta: Gracias por toda la excelente información que comparte cada mes, incluidos sus libros de texto y su columna. Nunca pensé que me aventuraría tan lejos en la maleza y realmente aplicaría un conocimiento tan detallado de la formación de láminas de metal. Mantener el buen trabajo.

Sé que ha escrito muchas veces sobre la dirección de la fibra y el efecto que tiene en la formación de la prensa plegadora. ¿Por qué la dirección de la fibra es fácil de detectar en algunas hojas mientras que en otras la dirección de la fibra puede ser difícil de ver?

Además, ¿cuál es la diferencia entre un cristal y un grano? ¿Cómo afecta el tamaño de grano a la formabilidad? ¿Y cómo contrarresto las variaciones causadas cuando ejecuto piezas de producción con estas características cambiantes?

Respuesta: Es posible que hayas pensado que has estado en la maleza antes, pero date la vuelta y mira por la ventana. ¿Ves esos campos de malas hierbas que se extienden hasta el horizonte? Bueno, ahí es donde vamos, allá afuera en la maleza. Así que, ponte las botas. ¡Esto debería ser un viaje interesante!

La chapa y la placa pueden ser excepcionalmente impredecibles, especialmente cuando se forman en una prensa plegadora. A veces, una pieza moldeada por aire puede distorsionarse en todo tipo de direcciones imprevistas y sin motivo aparente. Después de años de experiencia, los buenos técnicos de plegadoras, al conocer los matices del material y su máquina, pueden limitar esta distorsión.

Para lograr los mejores resultados para un proyecto, los carpinteros altamente calificados estudian la disposición del grano y la textura de la madera antes de comenzar su trabajo. Los operadores de frenos altamente calificados hacen lo mismo con las láminas de metal. Adaptan el programa y la máquina sabiendo cómo la dirección del grano y otras propiedades del material afectan el ángulo de plegado, el radio de plegado, el margen de plegado y la deducción de plegado.

Como pronto aprenderá, el tamaño del cristal es en gran parte una función del proceso de fabricación del metal, que por extensión varía el tamaño del grano y, por lo tanto, puede afectar la consistencia de las curvas con el tiempo. Por ejemplo, si el doblez se agrieta en la parte exterior del radio, se vuelve más débil, requiere menos presión para formarse y hace que la pestaña se doble en exceso.

Al igual que la veta de la madera, la veta de un metal afecta el comportamiento de la pieza. Al variar de una hoja a otra y de un lote a otro, las propiedades cambiantes del grano crean muchos desafíos imprevistos. Si el metal ha sido laminado en frío o trabajado, los cristales se alargan en la dirección del laminado (verFigura 1 ). Esta deformación hace que los cristales se adelgacen y crea los granos que vemos. Esos granos recién formados adquieren una preferencia direccional.

Doblarse con (longitudinalmente) el grano en algunos materiales aumenta la probabilidad de agrietamiento, reduce el tonelaje requerido, cambia la recuperación elástica y, en algunos casos, conduce a la rotura. Dependiendo de la aplicación, doblar con el grano también puede causar una piel de naranja en el exterior del doblez, especialmente cuando se trata de formar un radio de doblez interior menor que el radio mínimo para un tipo de material determinado. Es una buena práctica mantener el radio de curvatura interior en el mínimo de curvatura o por encima de este, especialmente si la curvatura es longitudinal (con) la dirección de la fibra. Con la línea de doblez transversal (perpendicular) o diagonal al grano, el radio de doblez interior puede ser un poco más pequeño si es necesario.

Estas y otras variables pueden cambiar la dimensión formada de la pieza, lo que crea problemas aguas abajo. Los soldadores y los ensambladores tardan más, a veces ajustando la pieza a mano solo para que la pieza se una. La calidad del ensamblaje final disminuye y los costos aumentan.

Figura 1A medida que el metal se lamina en frío o se trabaja, los cristales se alargan en la dirección del laminado.

Para minimizar los problemas, los operadores de prensas plegadoras deben detectar las diferencias de material y aprender a trabajar con las variaciones en lugar de contra ellas. Al hacerlo, reemplazarán los dolores de cabeza con piezas de calidad. Entonces, en las próximas columnas, veremos el grano en el metal, qué es y de dónde viene.

Durante el conformado, la lámina de metal se expande en el exterior del pliegue y se comprime en el interior del pliegue. Lo bien que el metal lidia con la expansión y la compresión (entre otros factores) determina la cantidad de deformación inesperada (verFigura 2).

Ocho factores principales afectan la deformación durante el conformado de láminas de metal y muchos se relacionan con el grano del material. Cada uno está influenciado por cómo se deforma el metal, que a su vez depende de las características del metal y de cómo responde a las fuerzas de formación. Estudiar, comprender y observar estos factores permite tomar medidas correctivas que reducirán las variaciones de una pieza a otra. Por supuesto, incluso los mejores operadores seguirán experimentando errores. Pero al prestar atención a estos ocho factores, los operadores deberían ver cómo disminuyen los errores y mejora la calidad del producto.

1. Endurecimiento por trabajo. La deformación plástica provoca dislocaciones dentro de la estructura del metal, lo que a su vez genera dislocaciones adicionales. Cuanto mayor es el número de dislocaciones, más interactúan y se anclan. Este anclaje reduce la movilidad de la dislocación mientras fortalece el metal, proceso conocido como trabajo en frío. El trabajo en frío provoca deformación y, cuando se acompaña de endurecimiento por trabajo (o endurecimiento por deformación), aumenta la resistencia del metal. Esto sucede cuando el trabajo en frío es el paso final de trabajo.

Puede controlar el endurecimiento por trabajo hasta cierto punto cambiando la velocidad a la que se produce la flexión. Cuanto más lenta es la operación de doblado, mayor es la cantidad de endurecimiento por trabajo. A la inversa, cuanto más rápido doble una pieza de chapa, menos endurecimiento por trabajo encontrará en la pieza de trabajo. Por supuesto, doblar material previamente endurecido requerirá más presión de doblado.

Para comprender estos conceptos, tome un clip. Ahora despliéguelo y doble una sección del cable desplegado de un lado a otro varias veces en el mismo lugar. Observe lo difícil que es formar el metal en el mismo lugar más de una vez. Se vuelve más difícil de hacer cada vez.

Doblar el alambre de un lado a otro creará un área endurecida por deformación con dislocaciones que se han formado y se enredan entre sí, lo que aumenta la resistencia del material. Al aumentar la resistencia de un material mediante el trabajo en frío, provocará la correspondiente pérdida de ductilidad. Si continúas doblando el cable de un lado a otro, se acumularán bandas de dislocaciones y eventualmente romperás y romperás el cable.

2. Variación de dureza. Los fabricantes de acero fabrican láminas de metal dentro de una zona de tolerancia para la dureza. Esto significa que dos hojas aparentemente idénticas pueden tener características de recuperación elástica completamente diferentes, y los operadores de prensas plegadoras deben ser conscientes de esto.

3. Variación de espesor. Lo mismo ocurre con el grosor del material, especificado dentro de una zona de tolerancia que corresponde a un calibre de material determinado. De nuevo, si una aplicación de plegado no tiene esto en cuenta, dos hojas aparentemente idénticas pueden producir piezas completamente diferentes. Los resultados muy variados son particularmente comunes cuando las dimensiones se toman en múltiples curvas. La variación del espesor también conduce a cambios en la recuperación elástica.

4. Ubicación de la línea de pliegue. Una característica cerca de una curva cambia la forma en que el metal se expande, comprime y deforma. Para evitar tirones y distorsiones de las características y los orificios, la línea central de la curva debe estar al menos dos veces y media o tres veces el espesor del material desde el borde de un orificio o característica.

Figura 2La compresión y la expansión (estiramiento) durante la flexión causan esfuerzos y deformaciones tanto de tracción como de compresión.

5. Método de formación. Los métodos de doblado comunes en la prensa plegadora son formación de aire (o doblado de aire), fondo (o doblado de fondo) y acuñado. Tenga en cuenta que tocar fondo no es lo mismo que acuñar. Para obtener más información sobre esto, puede consultar los archivos de Bending Basics en thefabricator.com, incluida la Gran teoría unificadora del doblado de la prensa plegadora, una serie de septiembre a diciembre de 2015. Independientemente, si está trabajando con una prensa plegadora y herramientas modernas en un taller de hojalatería de precisión, lo más probable es que esté doblando con aire.

6. Longitud de la curva. La longitud de la curva es proporcional al tonelaje requerido para hacer la curva. Una curva que aplica demasiado tonelaje por pulgada cuadrada puede desviar el ariete de la prensa dobladora y los marcos laterales. Si desvía el ariete hasta un punto que es mayor que el límite de carga de la línea central de la prensa plegadora, puede causar un daño permanente a la plegadora conocido como volcado del ariete, lo que impedirá que la prensa haga una curva recta.

7. Dirección del grano. Durante el proceso de convertir lingotes de metal en láminas en el molino, el metal se fuerza entre un conjunto de rodillos. Este proceso alarga los cristales de metal, lo que da los granos de metal (más sobre esto más adelante). Estos granos tienen una preferencia direccional cuando se laminan en frío y son solo parcialmente direccionales en materiales laminados en caliente.

8. Tamaño de grano. El grano dentro del material influye en su resistencia. Los bordes entre granos actúan como una barrera para el movimiento de dislocaciones. El "deslizamiento" resultante se reduce porque los granos vecinos tienen diferentes orientaciones. Cuanto más pequeño es el grano, menor es la distancia que recorren las partículas a lo largo de un plano de deslizamiento dado, por lo que los granos más pequeños mejoran la resistencia de un material. En el molino, el tamaño y la cantidad de granos que tiene un material está controlado por la tasa de solidificación de líquido a sólido.

Tome un trozo de placa o lámina de metal, límpielo, mire la superficie a través de un microscopio o una lupa de gran aumento, y debería ver algo como la imagen que se muestra enfigura 3.

No siempre podrá ver la dirección del grano, pero para algunas hojas es posible que no necesite ningún aumento. No obstante, el tamaño del grano es uno de los factores más importantes a considerar, ya que influye en todo, desde el límite elástico de un material hasta la gravedad del agrietamiento que podría ocurrir en la superficie exterior de una curva.

A medida que se produce la recristalización, grupos de varias partículas se unen para formar cristales que, cuando se enrollan en frío, crean lo que definimos como el grano del material. Durante la fusión, si se forman muchos granos al mismo tiempo, el metal enfriado producirá una gran cantidad de granos. Pero si se establecen menos cristales, tendrán más espacio para crecer, creando un tamaño de grano más grande y un número de granos pequeño.

Los cristales se deslizan unos sobre otros durante la formación, haciéndolo en áreas conocidas como planos de clivaje. A medida que los cristales se unen más estrechamente, hacen que el material sea más duro. Esto aumenta el tonelaje requerido para formar el material en la prensa plegadora y hace que el metal sea más susceptible al agrietamiento y la piel de naranja.

Dentro de ciertas áreas de la estructura cristalina hay partículas sobrantes que no forman parte de ninguna formación cristalina simétrica. Estas áreas se denominan límites de grano, no forman parte de la estructura cristalina y no tienen planos de división. Esto hace que estos límites sean más fuertes (verFigura 4).

figura 3Mire la superficie de la lámina de metal a través de un microscopio o una lupa, y debería ver la dirección del grano.

El movimiento tiene lugar a lo largo de los planos de ruptura de los cristales y no dentro de las áreas límite entre ellos. A medida que el tamaño del grano se vuelve más pequeño, la densidad y el número de áreas de borde (límites de grano) aumentan. Esto aumenta el número de bordes que deben ceder antes de que pueda ocurrir cualquier movimiento.

Esto explica por qué los materiales más fuertes tienen granos más pequeños. Por lo tanto, el material con granos más grandes será más dúctil, más débil y puede ser fácil de formar. Dicho esto, los materiales de grano pequeño también pueden formarse fácilmente, dependiendo de las propiedades de esos granos y de cómo estén dispuestos. Profundizaremos más en esto el próximo mes.

Todo esto es solo la punta del iceberg, por supuesto. Pero como puede ver hasta ahora, cuando se trata de doblar en la prensa dobladora, el tamaño de grano de un material realmente importa. Y también es común que un fabricante manipule el tamaño del grano. De hecho, cada vez que los operadores de la prensa plegadora toman un soplete de capullo de rosa para calentar el material antes de formarlo, están afectando el grano del material.

En la segunda parte, profundizamos en más detalles, incluida la forma en que se recoce y normaliza el material, y la aplicación de información sobre el tamaño de grano, la tensión y la deformación para formar la prensa plegadora.

Steve Benson es miembro y expresidente del Consejo de tecnología de chapa de precisión de Fabricators & Manufacturers Association International®. Es el presidente de ASMA LLC, [email protected]. Benson también lleva a cabo el Programa de certificación de plegadoras de precisión de FMA, que se lleva a cabo en lugares de todo el país. Para obtener más información, visite fmanet.org/training o llame al 888-394-4362. El último libro del autor, Bending Basics, ya está disponible en la librería FMA, fmanet.org/store.

Figura 4 La piel de naranja puede ocurrir después de una formación severa, como doblar a un radio muy agudo. Los límites de grano permanecen algo rugosos.