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Capítulo 3

La máquina Erichsen manual

3.1 Características

3.1.1 Clasificación

Las operaciones de conformado se realizan en máquinas capaces de proporcionar una fuerte presión aprovechando energía acumulada con anterioridad denominadas prensas, que pueden clasificarse según:

1. Tipo de movimiento. a) Movimiento rectilíneo alternativo. Usado en conformado por tracción. b) Movimiento circular contínuo. Usado en laminadoras. c) Movimiento basculante. Usado en algunas plegadoras.

2. Sistema de accionamiento. a) Mecánicas. Emplean sistemas de transmisión tipicos (p.ej.: piñon-cremallera).

• De volante y excéntrica.• Excéntricas de rodillo.• De husillo manual.• De husillo con discos de fricción.

b) Hidráulicas. c) Neumáticas.

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32 La máquina Erichsen manual

3. Alimentación. a) Manual. b) Semiautomática. c) Automática.

4. Tipo de trabajo. a) Simple efecto. b) Doble efecto, triple efecto... (ejecutan más de un conformado por carrera).

5. Velocidad respuesta a) Presión continua (ensayos de conformado). b) Impacto (algunos procesos de fabricación).

Dentro de estas categorías, la máquina Erichsen del Taller se trata de una prensa de movimiento rectilíneo alternativo, mecánica, manual, de husillo, de simple efecto y de presión contínua (Figura 3.1)

Figura 3.1: Esquema de una prensa manual de husillo con algunas de sus partes más destacables. Fuente:

La máquina Erichsen manual 33

3.1.2 Componentes principales (Figura 3.2)

Figura 3.2: Vista general de la máquina de ensayos Erichsen manual de husillo en el Taller, donde se advierten las cuatro partes principales: bancada (1), matriz (2), conjunto móvil (3) y conjunto auxiliar (4).

1. Bancada (Figura 3.3). Es la estructura básica y esencial en la cual se integran todos los elementos móviles, de medición y auxiliares. Además, absorbe esfuerzos y permite el anclaje del conjunto a una superficie de trabajo. Está realizada en fundición. 1.1. Tornillos de sujección (x4). Se emplean para anclar la bancada a la mesa de

trabajo. Esta fijación es importante, pues la máquina está sometida a grandes pares de giro y debe evitarse cualquier balanceo o vibración indeseable.

1.2. Agujero roscado. Guía al eje exterior (3.3) durante el avance y retroceso. Su paso determina el avance por vuelta, transformando el movimiento rotatorio del volante (3.5) en movimiento lineal. Es desmontable (unión con tornillos) por si son necesarias operaciones de mantenimiento del mismo o si las condiciones metrológicas del eje roscado cambia. Debe encontrarse perfectamente lubricado.

1.3. Cavidad para la matriz. Aquí se inserta la matriz (2) con cierto juego hasta un tope, y su longitud debe permitir la penetración de la chapa conforme avanza el punzón (3.1). La parte posterior tiene un acabado cónico para mejorar la


visibilidad de la evolución del ensayo durante su realización. 1.4. Taladros roscados (x2). Sirven para acoplar el conjunto auxiliar (4) con

unión desmontable de tornillos. 1.5. Cavidad del dial lineal / muelle. En ella penetra el dial lineal (3.7) cuando

se produce avance. El retroceso permite la salida de la misma gracias a un resorte que se aloja en su interior.

1.6. Zona de trabajo. Es el hueco interior donde se produce el proceso de conformado. Su espacio debe permitir la manipulación manual y delimita el tamaño máximo de las probetas.

Figura 3.3: Vista anterior (izda.) y posterior (dcha.) de la bancada con sus principales partes enumeradas.

2. Matriz (Figura 3.4). Es el elemento sensible, exteriormente cilíndrico e interiormente cónico, por el que fluye el material ensayado. El area de fluencia debe estar pulida y lapeada para reducir la carga aplicada en el ensayo. Tiene una cara frontal o de trabajo que sujeta al material junto con el prensa-chapa (3.4). Para asegurar el estirado, esta cara y la del prensa-chapa deben ser paralelas. El achaflanado de los bordes ayuda a la chapa a resbalar entre matriz y punzón y facilitando la operación. La cara posterior o de salida debe adaptarse a la cavidad para la matriz (1.3).


Figura 3.4: Vistas de la matriz de conformado. En la cara frontal o de trabajo (izda.) se aprecia el achaflanado diametral, y en la cara posterior o de salida (dcha.) la forma cónica.

3. Conjunto móvil (Figura 3.5). Sistema que une los componentes necesarios para transformar la fuerza aplicada en los movimientos de avance y retroceso propios del ensayo. Incorpora además lecturas para la evaluación del mismo. 3.1. Punzón. Es la hemiesfera que transmite la fuerza final a la chapa y, por

tanto, deforma el material produciendo la copa. Se encuentra solidario al husillo (3.2), avanzando o retrocediendo con él según la solicitación. La norma exige que no gire libremente.

3.2. Husillo. Eje interior que permite el avance y retroceso del punzón (3.1) modificando el movimiento rotativo en lineal a traves de un eje roscado interior. Gira solidario al volante (3.5) y dependiendo de la posición del anillo/pasador (3.6), el eje exterior gira con ellos o no.

3.3. Eje exterior. Eje hueco que gira si está acoplado al husillo (3.2), roscado exterior e interiormente; exteriormente gira sobre los dientes del agujero roscado (1.2), e interiormente es el husillo el que gira sobre él si el sistema está desacoplado.

3.4. Prensa-chapa. Situado en el extremo final del eje exterior () se encarga de sujetar la probeta a ensayar por la otra cara de la chapa, aplicando la presión necesaria para asegurar el estirado. Se mantiene estático durante el ensayo, y se mueve con el husillo durante las operaciones de acoplamiento-retirada.

3.5. Volante. Es el elemento que el operario controla durante el ensayo, solidario al husillo (3.2) y por extensión al punzón (3.1). Se puede girar en ambas direcciones; desde el punto de vista del operario, la dirección dextrógira produce avance, mientras que la levógira produce retroceso. Posee 6 asideros para facilitar la manipulación y en especial la aplicación de la fuerza necesaria, al modo de una rueda de timón de un barco (aumento de par).

3.6. Sistema de conexión. Elemento que acopla/desacopla el eje exterior (3.3) y


el husillo (3.2) gracias a un penetrador sujeto a un resorte. Es visible en sus extremos gracias a un anillo:◦ Acoplado o "anillo bajado": El penetrador se encuentra dentro del eje. Husillo

y eje roscado giran solidariamente.◦ Desacoplado o "anillo subido": El penetrador se encuentra fuera del eje. El

husillo giran con el volante, y el eje roscado permanece estático.El desmontaje del conjunto eje exterior-husillo se realiza desde aquí (tornillos en el anillo)

3.7. Dial lineal. Es en realidad un componente que se acopla a la bancada, pero su lectura se realiza gracias al contacto del dial circular (3.8): cuando ésta gira dextrógiramente, empuja a la regla lineal dentro de la bancada, mientras que el giro levógiro permite la extracción de la regla de la bancada gracias al muelle (1.5). La lectura se realiza con la marca visible más cercana a la bancada. Tiene una sensibilidad de 0,1 mm. El cero se consigue con el movimiento de la escala, que se libera desaflojando el tornillo de puesta a punto. Se detalla su uso en la sección 3.2.3.

3.8. Dial circular. Relaciona el avance y el giro a razón de 1 unidad = 0,1 mm. Gira solidario al volante (3.5). La lectura se realiza con una marca que existe en el dial lineal (3.7), y puede modificarse su posición para conseguir el cero. Se detalla su uso en la sección 3.2.3.

Figura 3.5: Vista general del conjunto móvil (izda.) y sus componentes. Elementos sensibles (dcha. arriba) e integración del dial lineal en la bancada desde el punto de vista del ensayador (dcha. abajo)


4. Conjunto auxiliar (Figura 3.6) Es una parte opcional pero muy útil (y bajo situaciones de baja visibilidad, imprescindible) situada en la parte posterior que ayuda al ensayador a visualizar (y por lo tanto, evaluar) el estado del test en tiempo real. 4.1. Cajetín. Elemento de soporte hueco y con un angular exterior soldado en el

cual se integran el sistema de iluminación (4.2) y el espejo (4.3). Se acopla a la bancada a través de dos tornillos.

4.2. Sistema de iluminación. Consta de una bombilla, un casquillo y un cable con clavija. El cable sale al exterior a través de un taladro lateral del cajetín, y el casquillo y bombilla se colocan en el interior. La luz llega a la zona de ensayo gracias al acabado cónico de la cavidad de la matriz (1.3)

4.3. Espejo. En el angular del cajetín se acopla un espejo de modo que permite al visualizar el estado del test y advertir el primer defecto sin necesidad de parar el proceso de penetración. Puede rotar sobre su eje horizontal para centrar la zona de ensayo.

Figura 3.6: Sistema auxiliar, vista exterior parcial (dcha.) con angular y espejo, y vista interior (izda. ) con el sistema de iluminación y su conexión al exterior.

5. Soporte (Figura 3.7). Complemento opcional. Prisma de lados rectangulares (12,50 x 14 mm) que permite ajustar de manera aproximada la probeta verticalmente en la ubicación final para el ensayo según su colocación en la base de la zona de trabajo (1.6). Se usa en los ensayos del Capítulo 4:

◦ Probetas de largo 60 mm: apoyar sobre cara de 14 mm.◦ Probetas de largo 80 mm: apoyar sobre cara de 12,50 mm.


Figura 3.7: Muestra de algunos soportes que pueden utilizarse. El señalado es el empleado para las probetas del capítulo 4.

3.1.3 Dimensiones

Para caracterizar la máquina se emplean los instrumentos de medida disponibles en el Taller:

• Pie de rey de sensibilidad 0,05 mm para las medidas rectas inferiores a 20 cm.• Cinta métrica de sensibilidad 1 mm para el resto de medidas rectas.• Galgas de radio cóncavas para las curvaturas.

Las medidas de elementos sensibles se emplean para comparar la máquina con las dimensiones originales del ensayo Erichsen (sección 2.4.2, Figura 2.25) y para su representación mientras que las medidas del resto de elementos se emplean para realizar un esquema general de la sección de la máquina y sus componentes (Figura 3.8) y definir ciertas características de la operación (p.ej.: espacio de trabajo). Se incluyen las tablas y las figuras correspondientes en el Anexo I - Dimensiones principales de la máquina Erichsen. Existen 3 dimensiones desiguales respecto al original:

• Longitud de la matriz. Es 7 mm mayor que el caso original. No es relevante, ya que no afecta al conformado.

• Diámetro interior del prensa-chapa. Es mayor que en el caso original. Ésto disminuye el área total de contacto prensa-chapa/matriz. No se considera incorrecto mientras que la presión sea suficiente para asegurar el estirado.◦ Área de contacto original = Área del prensa-chapa = 1520,5 mm2

◦ Área de contacto en Taller = Área del prensa-chapa = 1131,7 mm2 (75% del anterior).

• Radios de curvatura del prensa-chapa y de la matriz. Los originales son de 0,75 mm, mucho menores que los del Taller. El crítico es el interior de la matriz, y no se considera incorrecto mientras que permita el flujo de material.


Figura 3.8: Comparación de la máquina Erichsen del Taller (abajo) con el esquema extraido del Anexo I (arriba).


3.2 Funcionamiento

3.2.1 Procedimiento de ensayo

En cursiva, anotaciones de interés.

1. Inventario.• Disolvente.• Quickleen®.• Rollo de papel.• Probetas.• Sistema de rotulación (si hay).• Pie de rey• Vaselina..• Teflón.• Tijeras.• Alargadera (si hay).

2. Inspección de la máquina.• Inspección visual. Comprobar que todos los elementos están en su posición de

trabajo y en buen estado.

3. Limpiar los elementos sensibles. • Girar el volante levógiramente para retraer el eje hasta el punto en el que en el

espacio de trabajo permanezcan solo el punzón, el prensa chapa y la matriz.◦ Máximo espacio de trabajo = máxima maniobrabilidad.◦ Este procedimiento asegura que no se arrastra grasa del eje exterior en la limpieza del

prensa-chapa, ya que ambos son contiguos.◦ Este procedimiento asegura además que gran parte del eje exterior se engrase al girar sobre

el agujero roscado.• Aplicar disolvente en los elementos si existen restos de tinta (p.ej..: de la malla

de círculos) y frotar con un papel hasta que se seque.• Aplicar Quickleen® en los elementos y frotar con un papel hasta que se seque.

4. Puesta a punto de la probeta.• Comprobar las dimensiones. La medida de largo o ancho no puede exceder los

100 mm • Comprobar el buen acabado de las caras de contacto

◦ Las rebabas o elementos extraños pueden dañar los elementos sensibles (Figura 3.9)• Retirar las protecciones de cinta (si las hay).• Aplicar un poco de disolvente universal con un papel húmedo en ambas caras y


secar con otro papel.

5. Elegir la cara de ensayo. • Debe ser la más pulida y menos dañada (oxidación, rayaduras superficiales, etc.).

Si el material posee rotulación previa en una de ellas (p.ej.: CGA), será la cara opuesta.

6. Aplicar la rotulación en la cara de medida (si procede).◦ En general, se aplica el CGA. ◦ En otras ocasiones se puede marcar el punto central de la probeta para facilitar su centrado

en la posición final de cogida (Figura 3.10)

7. Aplicar la lubricación en la cara de ensayo.• Cubrir la cara de contacto con vaselina mediante brocha de forma superficial,• Aplicar teflón sobre la vaselina.

◦ Un cuadrado de 60 x 60 mm de teflón centrado en la zona donde contacta el punzón es suficiente.

◦ Si la cara de contacto es muy grande, pueden colocarse tantos trozos de teflón como sean necesarios para cubrirla.

◦ Puede dejarse que sea la propia esfera la que haga el contacto final vaselina-teflón o bien ser el propio operario el que apriete el teflón con el nudillo contra la capa de vaselina, , con cuidado de no contaminar la zona lubrificada,

• Comprobar que al menos un área de 60 x 60 mm cubre el centro de la probeta.◦ Ésto asegura la lubricación de los elementos sensibles.◦ La anchura del rollo de teflón del Taller es de unos 60 mm (usar cuadrados).

8. Ajustar la posición del espejo según la altura del operario.• Debe contemplarse completamente el hueco de la matriz en su parte posterior.• Debe estar lo más centrado posible.

9. Conectar el sistema de iluminación (si procede).• Conectar el cable a una alargadera y ésta a la red (220V).• Comprobar que la iluminación es clara y alcanza la cavidad de la matriz.• Situar el cable y la alargadera en posiciones tal que no interfieran en la

operación.

10. Colocar la chapa en posición de cogida.• Girar el volante en sentido horario hasta una posición cercana al contacto de

prensa-chapa y matriz (Figura 3.11)• Centrar la chapa sobre la matriz.• Girar el volante hasta que exista contacto.• Cerciorarse de que la chapa está centrada vertical y horizontalmente.

◦ Asegurar visualmente o mediante el tacto.


• Girar el volante de forma continua lo máximo posible mientras se asegura la posición de la chapa descrita en el anterior punto. ◦ Este apriete es suficiente para asegurar que no haya embutición, pero puede realizarse un

último “tirón” (giro dextrógiro brusco) para aplicar un poco más de presión.• Comprobar que la chapa está en la posición deseada y que el teflón cubre el

punzón.◦ Durante el apriete las fuerzas del giro pueden desplazar o rotar ligeramente la probeta o el

teflón.

11. Ajustar el "cero" del dial lineal.• Desaflojar el tornillo vertical.• Mover la regla hasta que la marca de cero sea la primera visible fuera de la

bancada.• Apretar el tornillo vertical.

12. Ajustar el "cero" del dial circular.• Girar la regla circular hasta que su marca de cero coincide con la marca

perpendicular de la regla lineal.

13. Liberar el eje exterior del husillo.• Comprabar la posición actual del sistema de conexión. Debería ser visible al

menos una cabeza de tornillo en el anillo.• Colocar las manos a ambos lados de dicha cabeza y tirar del anillo. Una vez

arriba, girar con la otra mano el volante en dirección dextrógira: el eje ha quedado liberdo y el husillo empuja al punzón deformando la probeta (Figura 3.12)

• Soltar el anillo.

14. Penetración del punzón (deformación).• Observar en todo momento el espejo.• Girar el volante despacio en la dirección horaria, de manera continua y suave; la

copa crece durante el proceso.• En el instante que se observa un síntoma de defecto, se para el ensayo.

◦ Se debe estar seguro de que se trata de una irregularidad y no de otra cosa (p.ej.: reflejo de la luz en el metal). Ante cualquier duda, es preferible avanzar un poco más y confirmar el defecto que indicarlo antes de que se produzca, pues desvirtúa el sentido del ensayo.

• Se anotan las marcas de los diales circular y lineal.

15. Retroceso del punzón.• Girar el volante en la dirección antihoraria hasta el tope, que es de nuevo el

avance cero (los diales circular y lineal marcan cero).◦ Al finalizar este paso el sistema de conexión se encuentra exactamente como al inicio del


paso 12 "liberar el eje del husillo".

16. Conectar el eje exterior con el husillo.• Colocar las manos a ambos lados de la cabeza del tornillo y empujar el anillo.

Una vez dentro, el sistema vuelve a estar acoplado. ◦ Generalmente hay que aplicar más fuerza que para la liberación, pues el penetrador está

buscando su alojamiento. Se recomienda poner los brazos en los asideros horizontales opuestos entre sí para maximizar el par de rotación.

17. Liberación de la probeta.• Girar con fuerza el volante en dirección antihoraria.

◦ Se debe aplicar una fuerza elevada: dependiendo de la que se suministre en el apriete, así será la de liberación.

• Girar el volante normalmente hasta que haya espacio para extraer la chapa. • Comprobar que el teflon sigue cubriendo la zona deformada.

◦ Si ésto no sucede, el ensayo podría quedar invalidado por lubricación insuficiente.

18. Fin de ensayo.• Retirar los restos de teflón y limpiar la vaselina remanente en la cara de

incidencia con un papel.• Si no se va a realizar otro ensayo inmediatamente, se aconseja desenchufar el

sistema de iluminación para evitar sobrecalentamientos.• Si no se va a realizar otro ensayo inmediatamente, se aconseja repetir el punto 2

"Limpiar los elementos sensibles".

Figura 3.9: Las rebabas de la probeta de la izquierda pueden dañar la matriz o el prensa chapa durante la aplicación de la presión. A la derecha la misma probeta preparada para un ensayo.

Figura 3.10: Ejemplo de rotulación para centrar la cara de ensayo (izquierda), y cómo el extremo de la copa evoluciona sobre ésta (derecha). Se destaca también la vuena visibilidad que ofrece el sistema de iluminación.


Figura 3.11: Distancia adecuada entre matriz y prensa-chapa previa a la colocación de la probeta.

Figura 3.12: Diferencia de comportamiento del sistema conectado (izda.) y desconectado (dcha.): mientras que en la primera fotografía el eje exterior progresa (y todo el conjunto), en la segunda permanece estático.

3.2.2 Consejos de uso

Sobre la penetración del punzón.

• Se recomienda girar el volante de unidad en unidad del dial circula (de 0,05 en 0,05 mm). De esta manera los resultados son mucho más precisos.

• Para avances elevados el volante se acerca mucho al borde de la mesa de trabajo, y en estos instantes hay que prestar atención a la posición de las manos en los asideros, para evitar golpes o atrapamientos en la mano.


Sobre la aparición del defecto - parada del ensayo.

• En el caso de creer estar delante de un defecto difícil de advertir visualmente (p.ej.: estricción), se recomienda no parar el ensayo y girar una/s unidad/es más el volante para observar si crece o se manifiesta de manera más notoria. Es preferible obtener un resultado con un IE de 0,1 mm mayor y asignar un pequeño coeficiente de seguridad que obtener un IE menor que no ha alcanzado el objetivo de estudiar la conformabilidad del material.

• Durante el ensayo el punzón está aplicando la fuerza del volante sobre la probeta mientras ésta reacciona deformándose. Cuando aparece un defecto brusco se anula la integridad estructural de la probeta y se deforma mucho más para la misma fuerza.

• Se debe tener mucha precaución ante ciertas fracturas dúctiles espontáneas (p.ej.: aleaciones de aluminio): el operario aplica la misma fuerza antes y después de la misma, pero la pérdida de capacidad portante de la chapa provoca una deformación mucho mayor que la anterior al defecto: el avance del punzón sobrepasa el IE correcto (el volante "se pasa"). La medida tomada es mayor y se están representando zonas que en realidad son no seguras. Éste caso es aún más peligroso en materiales con un alto endurecimiento por deformación, ya que la fuerza aplicada para deformar el metal es aún mayor.

Sobre la extracción de la matriz:

• La matriz se puede extraer para una limpieza más cómoda, aunque no es necesario. La colocación de la misma en su cavidad puede ser a veces problemática dado el estrecho juego existente entre ellos (para evitar su rotación durante el ensayo): si se introduce con cierta inclinación respecto del eje, puede quedar bloqueada en la zona intermedia, hasta tal punto que es imposible extraerla manualmente. Si esto sucede, golpear suavemente con un martillo de goma (disponible en el Taller) por la parte trasera de la cavidad de la matriz.

Sobre la manipulación de las probetas:

• Es importante (durante la rotulación o lubricación) colocar las probetas sobre papel para evitar el rayado de sus caras por contacto con la mesa metálica.

• Se recomienda, a partir de la limpieza, manejar la chapa desde sus aristas o vértices para mantener limpia la cara de ensayo y la rotulación. Se debe además limpiar la chapa con papel seco siempre que ésta lo requiera.


• Durante el ensayo, la chapa se calienta por dos métodos: Por la deformación plástica y por la energía radiante del sistema de iluminación (si está encendido). Ésto debilita la permanencia de la rotulación, y cualquier contacto de la mano con la misma produce su desprendimiento. Por ello se aconseja no tocar la rotulación con la mano nunca.

Sobre el sistema de iluminación:

• A partir de que se conecte el sistema de iluminación, no tocar el cajetín. La bombilla se encuentra encerrada en su interior, y al ser éste de metal se calienta rápidamente y podría ser peligroso el contacto. Si se necesita actuar sobre él, hacerlo con consciencia de que puede estar muy caliente.

Sobre los diales:

• Una ventaja de la "puesta a cero" es que, si se ensayan consecutivamente chapas con el mismo espesor, el “0” se va a encontrar en el mismo sitio aproximadamente.

3.2.3 Medición del Índice Erichsen

Las máquinas de este tipo están preparadas para realizar ensayos Erichsen estándar, arrojando como dato directo el IE o Índice Erichsen (ver sección 2.4.1). Por ello se dispone de 2 diales incorporados en el conjunto: regla lineal y regla circular (sección 3.1.2). Ambas funcionan conjuntamente, pues mientras el dial circular circular gira el dial lineal avanza o retrocede (Figura 3.13) a través de la relación de la Tabla 3.1 :

Escala dial circular Escala dial lineal Giro (grados) Avance (milímteros)

0,5 (sensibilidad) - 4,5º 0,05 mm

1,0 - 9º 0,1 mm

10,0 1 (sensibilidad) 90º 1 mm

40,0 (0) 4 360º (una vuelta) 4 mmTabla 3.1: Relación entre las escalas de los diales lineal y circular, y su correspondiente giro y avance


Figura 3.13: Vista desde el punto de vista del operario de los diales, y acoplamiento de movimientos giro-lineal.

• Dial lineal:◦ Es la regla de baja sensibilidad (1 mm), sirve como guía milimetral.◦ Durante el avance entra en la bancada, empujado por el volante. Durante el

rectroceso, es empujado por un resorte desde el interior del orificio (sección 3.1.2).

◦ La lectura se realiza con la marca visible más cercana a la bancada.◦ El "cero" se consigue como lo explica la etapa 11 de la sección 3.2.1:

1. Desaflojar el tornillo vertical.2. Mover la regla hasta que la marca de cero sea la primera visible fuera de

la bancada.3. Apretar el tornillo vertical.

• Regla circular:◦ Es la regla de alta sensibilidad (0,05 mm).◦ Gira con el volante (horario en avance, antihorario en retroceso).◦ La lectura se realiza con una marca que existe en la regla lineal y el cero de la

regla circular.◦ El "cero" se consigue como lo explica la etapa 12 de la sección 3.2.1:

1. Girar la regla circular hasta que su marca de cero coincide con la marca perpendicular de la regla lineal.


Modo de uso:

Suponiendo la chapa cogida con la presión final y ambas reglas en '0', se libera el husillo y comienza ensayo: el dial circular gira con el volante en sentido horario y el dial lineal avanza introduciéndose en la bancada hasta que se detecta el fallo. En este punto se detiene el movimiento y se lee el resultado:

• el dial lineal marca el intervalo del avance (a) y• el dial circular marca la penetración exacta (x),

El IE es la combinación de los giros completos anteriores (n) yla marca actual (x), esto es:

IE = Índice Erichsen (penetración en mm).n = Número de vueltas completas dadas en el ensayo.x = marca del dial circular (del 0 al 40).a = marca del dial lineal (en mm).

Es decir, el IE es la marca del dial circular mas un múltiplo de cuarenta, y dicho múltiplo lo restringe el dial circular.

Ejemplo (Figura 3.14)

410

xIE n= ⋅ +

( )4 4 1n a n< < +


Figura 3.14 : Fotografía de una posible medida de los diales de la máquina del Taller.

El resultado marca:x = 13a = 13 mm

ergon = 3

y el IE:

Un operario habilidoso que lleva la cuenta de los giros que ha completado al volante puede obtenerlo automáticamente, pues sabe que:

4 4 4 1,3 13,30IE mm= + + + =

( )4(3) 13 4 4 12 13 16< < → < <

134 3 4 13,30

10 10

xIE n mm= ⋅ + = ⋅ + =

4 4 4 1,3 13,30IE mm= + + + =


3.3 Preparación de probetas

3.3.1 Características generales

En la industria, la elección del material de manufactura y de su geometría inicial deben ser tales que, a través del proceso correspondiente, sean los más adecuados para satisfacer los requerimientos exigidos por la pieza final. En el caso de ensayos sucede lo mismo: el material es aquel susceptible de ser ensayado para obtener ciertas características de interés, y la geometría tal que asista el proceso cumpliendo la norma correspondiente.

En el caso de ensayos de conformado:

• El material debe ser apto para el conformado de chapa.• El material debe ser capaz de arrojar los datos buscados.• La geometría debe cumplir la norma (en el sector industrial) o ser tal que favorezca

la obtención de los datos buscados (en el sector de investigación).

En definitiva, las características intrínsecas del material a conformar definen el proceso, así como sus posibles modos de fallo más propensos. Algunos materiales son fácilmente conformables, otros son proclives a un tipo de fallo, y otros simplemente son inviables de fabricar mediante esta tecnología. Lo mismo sucede con la geometría: unas son las adecuadas para el objetivo buscado, otras no arrojan datos adecuados y otras nisquiera pueden integrarse en el proceso. Las propiedades más destacadas en este tipo de proceso son:

A.Propiedades mecánicas.n: Coeficiente de endurecimiento.m: Coeficiente de sensibilidad a la velocidad de deformación.E: Módulo de elasticidad.εu: Deformación última.

Rp0,2: Límite elástico al 0,2% de offset.r: Coeficiente de anisotropía.f: Coeficiente de no homogeneidad.

B.Propiedades metalúrgicas.Espesor inicial de la chapa "t".Tamaño.Textura: Por ejemplo, el acabado superficial de la pieza y su rugosidad, o el proceso de su obtención (laminación en caliente o en frío, si existe direccionalidad...).Forma: Si la probeta es circular, rectangular, tiene entallas o formas específicas...


Naturaleza de los huecos: Tamaño medio, densidad, distribución...

La elección de unas u otras depende del objetivo del ensayo.

3.3.2 Geometría

Es indispensable para tests de conformado de chapa que la probeta tenga configuración de lámina metálica

"Dos de sus dimensiones son mayores que una tercera, a la que se denomina espesor"

Si el objetivo es realizar el ensayo Erichsen estándar, se debe cumplir la norma:

"Deben ensayarse al menos 3 probetas, que pueden ser circulares o rectangulares con tal de que su diámetro / anchura mínimo sea 90 mm" (norma ASTM E643).

Si el objetivo es el desarrollo de un nuevo tipo de ensayo, se debe tener en cuenta los límites propios de la máquina. Para la máquina Erichsen manual del Taller y probetas de naturaleza rectangular (sección 3.1.3):

• El espacio de trabajo (105 mm de alto) limita la dimensión máxima de la probeta: Una de las dos dimensiones superficiales de la chapa debe ser, minorando la original por seguridad, mayor de 100 mm. La otra no tiene límite.

• El diámetro interior de la matriz (27 mm) limita la dimensión mínima de la probeta: ninguna de las dos dimensiones superficiales debe ser, mayorando la original por seguridad, menor de 30 mm.

Estas medidas son orientativas, puesto que es finalmente la conformabilidad del material la que define los límites geométricos. Por ejemplo materiales más dúctiles requieren una dimensión mínima mayor para asegurar que no existe flujo del mismo al interior del hueco de la matriz.

3.3.3 Material

En general cualquier material metálico en forma de chapa es susceptible de ser conformado, aunque puede suceder que no arroje los datos deseados (p.ej.: su naturaleza provoca defectos distintos y anteriores al buscado). El material disponible para el ensayo es el que existe almacenado en el Taller en forma de chapa y libre de otros usos. Si se desean


buscar objetivos más concretos que no pueden ser satisfechos con el stock disponible, será necesaria su compra. Pueden clasificarse en función de la cantidad para facilitar así su gestión futura y dictaminar su utilización (Tabla 3.2).

Material Espesor Formato Geometría Usabilidad

Acero galvanizado - Restos de chapa de otros experimentos

Aleatoria Baja

Acero inoxidable 304 0,5 mm Restos de chapa de otros experimentos

Aleatoria Baja

Aluminio 7075 T6 SH 1,6 mm Lámina > 1 m2 Rectangular Media

Aluminio 2024 T3 1,6 mm Láminas > 1 m2 Rectangular Alta

Acero dulce 1,2 mm Láminas > 1 m2 Rectangular AltaTabla 3.2: Clasificación de los materiales disponibles en el Taller según su usabilidad. Destacan como

totalmente disponibles el aluminio 2024 T3 y el acero dulce.

• Aluminio 2024 T3: Es una aleación de aluminio en la que se usa principalmente cobre (Tabla 3.3). Tiene buena maquinabilidad y acabado superficial, así como alta resistencia. No es difícil de trabajar con él, aunque no puede ser soldado. Tiene poca resistencia a la corrosión, aunque elevada resistencia a la fatiga. Además de estas buenas propiedades, su importancia también radica en la variedad de usos (gracias a su alta relación fuerza/peso), como en aeronáutica para la estructura de alas y fuselaje, ejes, pernos, bridas, acoplamientos, partes de relojes y ordenadores, cuerpos de válvulas hidráulicas, fusibles, pistones, equipamiento ortopédico, munición y misiles...

Aluminio 2024 T3: Componentes (%)

Al 90,7 – 94,7 Fe Max 0,5 Cr Max 0,1

Cu 3,8 – 4,9 Si Max 0,5 Otros, cada uno Max 0,05

Mg 1,2 – 1,8 Zn Max 0,25 Otros, total Max 0,15

Mn 0,3 – 0,9 Ti Max 0,15Tabla 3.3: Proporción de componentes de la aleación de aluminio 2024 T3. Fuente: Aerospace Specifications

Metals Inc.

• Acero dulce: Es un tipo de los llamados "aceros al carbono", que contienen menos del 1% de carbono (Tabla 3.4). Es un material muy barato que proporciona para muchas aplicaciones mejores propiedades que el hierro. Es facilmente dúctil y maleable, pero poco resistente a tracción Su soldabilidad es buena. Su dureza superficial suele ser elevada, aún más si se carburiza. El bajo contenido en carbono permite una deformación en frío excelente, aunque bajo operaciones exigentes como


la embutición tiene facilidad para producir bandas de Lüder. Se utiliza en elementos de maquinaria de gran tenacidad, elementos deformados en frío y embutidos, en elementos plegados, herrajes, tornillos, etc.

Acero dulce (mild steel): Componentes (%)*Datos aproximados*

Fe 97,9 – 98,7 S 0,26 - 0,35

C Max 0,15 Pb 0,15 – 0,35

Mn 0,85 – 1,15 P 0,04 – 0,09Tabla 3.4: Proporción de componentes de un acero dulce genérico. No se disponen las características exactas

del existente en el Taller. Fuente: Aerospace Specifications Metals Inc.

El resumen de características principales de los dos materiales destacados se resumen en la Tabla 3.5:

Características Aluminio 2024 T3 Acero dulce

Propiedades físicas

Densidad 2,78 g/cc 7,87 g/cc

Propiedades Mecánicas

Dureza Brinell 120 163

Resistencia última a la tracción 483 MPa 540 MPa

Resistencia límite elástico 345 MPa 415 MPa

Alargamiento en rotura 18 % 10,00%

Módulo de elasticidad 73,1 GPa 200 GPa

Coeficiente de Poisson 0,33 0,29

Maquinabilidad 70% 160,00%

Módulo de cizallamiento 28 GPa 80 Gpa

Propiedades eléctricas

Resistividad 5,82 e-006 ohm-cm 1.74e-005ohm-cm

Propiedades térmicas

Capacidad calorífica específica 0,875 J/g-ºC 0,472 J/g-ºC

Conductividad térmica 121 W/m-K 51,9 W/m-KTabla 3.5: Comparativa de las características de los 3 materiales disponibles en el Taller. Fuente: Aerospace

Specifications Metals Inc.


3.3.4 Gestión material y dimensional

Una vez el diseñador de un ensayo sabe el material que necesita y la geometría que se le aplica, debe conocer cómo transformar ese elemento básico (chapa en general de grandes dimensiones) desde que se compra al proveedor hasta las probetas finales listas para ser testadas, ya que así conoe desde dentro el proceso y puede ser capaz de variar los parámetros (p.ej.: cambio geométrico de última hora) con una repercusión negativa menor. Incluso si además de conocer el proceso está autorizado para realizarlo (p.ej.: corte con sierra), el proceso de fabricación hasta la geometría final es autónomo, aumentando la flexibilidad del proceso y de sus decisiones. Se describen a continuación las partes del proceso:

1.- Entrada del material. Cuando un nuevo material llega al Taller, se puede presentar en varios formatos, de los que se destacan 3 estados (Figura 3.15):

• Dimensiones: que sean adecuadas para la manipulación y almacenaje.• Protección: que se encuentre embalado o envuelto en algún material destinado a

ello.• Identificación: que exista información sobre las características del material.

Figura 3.15: Diferentes estados originales de materiales: AA2024-T3 y Acero Dulce en Taller. El primero se encuentra embalado, rotulado de fábrica y con unas dimensiones adecuadas para el almacenaje, mientras que el segundo está sin embalar, sin rotular y sus dimensiones requieren nuevos cortes (obsérvese la deformación

plástica en la arista superior).

Si la compra de una nueva lámina metálica no cumple alguno/s de los 3 puntos anteriores, es entonces cuando deben aplicarse las acciónes correspondientes:

I. Dimensiones → Corte. Si las dimensiones con las que el suministrador proporciona la chapa son demasiado grandes para el almacenaje o manipulación, se debe realizar al menos un corte que resulte en chapas de menores dimensiones.


Se pueden emplear los siguientes instrumentos:• Tijeras corta-chapa.

◦ Ventajas: Producen cortes bastante precisos en cualquier geometría hasta un espesor de 0,5 mm Inconvenientes: Dificultad para cortar espesores superiores, ya que se tiene un gobierno mucho menor de la trayectoria y, en ocasiones, es necesario deformar plásticamente el material para poder completarlo, produciendo en este caso, arrugamientos de la chapa en las zonas cercanas al corte.

• Sierra de calar. Al contrario que las tijeras, la fuerza motriz la ejecuta la propia hoja dentada en su movimiento vertical y mientras el operario solo tiene que controlar el movimiento de “avance” del material contra el filo, ◦ Ventajas: Corta todos los materiales y espseores. Menor esfuerzo, control

sobre el proceso (permite crear formas irregulares fácilmente), rapidez y sencillez de la acción.

◦ Inconvenientes: Limitación dimensional para cortar chapas muy grandes (limitación dimensional = distancia filo-bancada = 30 cm). Al ser un mecanizado, produce una eliminación de material y dimensionalmente puede ser mucho menos precisa.

• Sirra para metales manual. Se suele emplear en casos que, por tamaño y grosor excesivo, no pueden usarse las herramientas anteriores.◦ Ventajas: Uso en todos los materiales, espesores y geometrías.◦ Inconvenientes: Esfuerzo, bajo control del corte, ejecución lenta.

II. Protección → Embalaje. Es conveniente proteger al menos una de las caras de la chapa (si no las dos) para que pueda llegar al ensayo en el mejor estado superficial posible: las chapas tieneden a sufrir daños superficiales durante la manipulación o almacenaje (choque con herramientas, contacto con otras chapas, golpes) que afectan a los resultados finales del ensayo del material.

• Opción 1: Papel de periódico + cinta de enmascarar. Se cubre la cara o caras de la chapa con papeles de periódico y se adhieren a la chapa (y entre ellos) con la cinta.

• Opción 2: Papel de embalar. Se tira un rollo de papel de embalar por la superficie hasta el final, usando el adhesivo que lleva incorporado como guía de la dirección tomada, y se corta a la altura deseada. Repetir esta acción en paralelo hasta cubrir la superficie de la chapa.

III. Identificación → Timbrado / rotulación. Para poder reconocer las propiedades de una chapa de entre las diferentes que se encuentran en el almacén es necesario identificarla visualmente de manera sencilla Algunos proveedores venden sus


chapas con un timbrado o “etiqueta” que indica las características de fábrica ya incluidas. Sin embargo, otros venden la hoja suelta, siendo entonces necesario usar algún método de registro para el almacén. Se recomienda:◦ Usar un rotulador permanente (que asegure la integridad del texto bajo

cualquier situación) de un color suficientemente visible diferente al del embalaje y de la chapa.

◦ Escribir las propiedades principales en al menos una de las caras (siempre con cuidado de no dañar el material base), por ejemplo:▪ Nombre del material, con tipo de aleación y de tratamiento.

Ej: Al-7075-T6-S3▪ Espesor, en milímetros.▪ Dirección del laminado.▪ Dimensiones de la chapa.

◦ Repetir el timbrado en las piezas resultantes de corte para así no perder la noción del material con el que se trabaja. Tanto más importante es cuanto más pequeñas, diversas y numerosas se realicen las probetas.

2.- Almacenamiento. El lugar adecuado debe tener unas buenas condiciones de condiciones de temperatura y humedad para evitar deformaciones o deterioros en el tiempo (oxidación). Generalmente las láminas se guardan por tipo de material con otras láminas del mismo o distinto material, apiladas sobre sus caras, y debe entonces asegurarse un adecuado contacto entre ellas para evitar quese estropeen superficialmente.

3.- Geometrías finales (probetas). Cuando el diseñador define la geometría de unas probetas, debe saber también diseñar los cortes de las chapas preparadas (etapa 1 de este apartado) para optimizar el material a usar, provocando el menor número de deshechos posible, permitiendo una ejecución más sencilla, rápida y un control del "stock" de material remanente disponble en el Taller. Las etapas básicas son:

• Plano de probetas. Un esquema o boceto con el material a utilizar y las dimensiones que definen la geometría final unequívocamente.

• Plano de corte. Un esquema o boceto con el material a utilizar, las dimensiones de la chapa original y aquellas trayectorias de corte que se consideren más adecuadas para cumplir la geometría final de manera económica. Es aconsejable realizar trazados de arista a arista para evitar cambios de dirección de la herramienta de corte (siempre menos precisos y más lentos) y que la geometría final sea susceptible de ser cortada nuevamente Se indica también el procedimiento de corte escogido. (Figura 3.16).


Figra 3.16: Ejemplo de plano de corte donde se comparan dos opciones: la opción 1 (arista-arista) a costa de un solo cambio de posición, recorre la mitad de distancia de corte, sin cambios de dirección

y con una geometría resultante más amigable para el corte que la opción 2.

• Preparación de la superficie. Se toma la chapa correspondiente del almacén, se deja una de las caras libre arrancando el embalaje (si lo hay) y se realiza una limpieza con papel para dejarla lista para el rotulado

• Transferencia del plano de corte a la superficie de la chapa. Se utiliza un rotulador indeleble (p.ej.: el mismo con el que se timbró la chapa) para marcar los trazos del plano sobre la chapa con la ayuda de una regla. Si existe algún error durante el marcado, se puede borrar inmediatamente con un papel o con un poco de disolvente.

• Corte. Ejecución del mecanizado según la rotulación. Utilizar las medidas de seguridad adecuadas, incluidos los EPI's (Equipos de Protección Individual).

• Almacenaje de chapa sobrante. Es útil rotular las nuevas dimensiones de la geometría que se dispone para su utilización futura.

• Acabado. Para mejorar el aspecto metalúrgico y visual de aristas y espesor tras


ciertas operaciones de mecanizado (p.ej..: corte con sierra) y evitar el daño a herramientas o la concentración de tensiones durante los ensayos.. Un acabado completo consta de 4 fases:

◦ Rebabado: Para eliminar las rebabas (restos deformados plásticamente en la zona de corte). Se usa un rebabador, realizando pasadas por todas las aristas hasta que no se desprende más material (en forma de viruta).

◦ Esmerilado: Para pulir los cantos de las probetas. Se usa papel de esmeril/de lija, realizando pasadas sobre él de manera rápida y con varias inclinaciones.

◦ Limado: Para redondear las esquinas en aquellas probetas que no tengan una forma final curva (es decir, sean poligonales). Se emplea una lima de metal con una cara recta, realizando pasadas en la dirección del canto hasta obtener el redondeo adecuado.

◦ Limpieza: Para eliminar la suciedad acumulada del proceso de corte (polvo metálico por corte + rebabado + esmerilado + limado) y del de rotulación (de la rotulación o del marcado para el corte).

◦ Rotulado: Para identificar la/s probeta/s y sus características de manera inmediata.

3.4 Puesta a punto

Para una buena consecución de los ensayos es importante realizar primero una revisión del estado actual que permita realizarlos en las mejores condiciones posibles: Una limpieza general de la máquina que permita definir reglas de mantenimiento básica y una serie de experimentos que confirmen que los reglajes de la máquina son los adecuados para su finalidad.

3.4.1 Limpieza

• Engrase y lubricación. Necesario en los conjuntos roscados. Se emplea el aceite de engrasado general del taller, aplicado con aceitera:◦ Sistema eje exterior-agujero roscado: Es sencillo de lubrificar pues se encuentra a

la vista del operario.◦ Sistema eje ecterior-husillo: Requiere la apertura del eje a través de los tornillos

del sistema de conexión.


Solo en caso de almacenamiento muy prolongado se hace necesaria una limpieza previa al engrase.

• Limpieza de las partes no sensibles. Mejora el funcionamiento de la máquina y genera una buena impresión visual. Significativo en caso de almacenamiento muy prolongado. El espejo es un elemento importante en este aspecto.◦ Grasa superficial. Perjudica a áreas cercanas a los elementos roscados lubricados.

Se elimina con productos antigrasa.◦ Óxido: En general afecta a zonas donde existen uniones (sistema de conexión,

dial lineal, tornillos). Se elimina con cepillo de púas metálicas y/o con una lima, con mucho cuidado de no desprender el material base.

◦ Polvo / suciedad. Es común a todas las partes del conjunto expuestas al ambiente. Se elimina con detergente y agua.

• Limpieza de las partes sensibles. Es imprescindible para asegurar el proceso, y por ello se ejecuta una limpieza antes y después de cada ensayo (sección 3.2.1). Pero en caso de almacenamiento prolongado no deben usarse los elementos anteriores pues podrían comprometer su integridad metrológica.◦ Polvo, grasas, incrustaciones. Quickleen® es un producto no abrasivo que

permite quitar de los metales este tipo de adherencias. Se aplica mediante cánula, ideal para las pequeñas dimensiones de estos componentes.

• Recubrimientos. Aunque los desconchones y rayaduras son antiestéticos y afectan tanto a las partes susceptibles de ser tocadas por el operario (el volante, la bancada) como a aquellas propensas a recibir impactos (zona de trabajo), no afectan al funcionamiento de la máquina. Solo en caso de reforma de la máquina se realiza un decapado-pintura.

3.4.2. Instalación

La instalación de la máquina requiere solo 2 pasos: anclaje de la bancada a la mesa de trabajo y acoplamiento del resto de componentes a la bancada:

Anclaje de la bancada. El anclaje de la bancada debe ser tal que la operación sea sencilla, segura y que no provoque vibraciones. La solución debe encontrarse lo más cerca posible del borde de la mesa de trabajo, ya que el elemento limitante es el volante: avanza con el punzón durante los ensayos, y dadas sus grandes dimensiones (en especial de los asideros) llega a producir contacto con el borde de la mesa, finalizando el ensayo prematuramente y poniendo en peligro la integridad física de las extremidades superiores del operario. Por


ejemplo, si en la posición “cero” el volante se encuentrase encuentra a 10,00 mm del borde de la mesa, los IE mayores de 10 mm no pueden ser determinados. Existen dos tipos de anclajes: permanentes y temporales.

• El anclaje permanente de la bancada define su posicionamiento definitivo en el taller. Se realiza a través de los 4 agujeros de sujección de la bancada, siendo necesario realizar taladros coaxiales a los mismos en la mesa de trabajo. A continuación, se añade el tipo de unión deseada, por lo general unión desmontable de tornillo y tuerca. Debe asegurar que no existen vibración alguna del conjunto bajo ninguna aplicación de fuerza típica de ensayo.

• El anclaje temporal se realiza cuando la unión permanente no es apta (p.ej.: desconocimiento del lugar óptimo en el Taller). Una opción es usar mordazas de taller en los agujeros de sujección anteriores (debajo del volante). En general no asegura la inexistencia de vibraciones del conjunto, aunqne sí que las reduce casi en su totalidad si la manipulación del volante es adecuada.

Acoplamiento del resto de componentes. La descripción de los mismos y un esquema de la sección completa de la máquina se encuentran en las secciones 3.1.2 y 3.1.3. No se recomienda el desmontaje del equipo salvo operaciones de mantenimiento o almacenaje permanente.

3.4.3 Mantenimiento

Un pequeño protocolo de operaciones básicas de mantenimiento que aseguran la integridad de la máquina Erichsen manual:

1. Inspección visual de elementos no sensibles. a) ¿Existe algún daño superficial relevante (rayadura, fractura) en algún elemento

importante para la operación (p.ej.: espejo)?• Sí: Sustituir por un repuesto según las dimensiones de elementos sensibles

estándar del Taller (sección 3.1.3). b) ¿Existe suciedad, grasa o polvo acumulado en la superficie?

• Sí: Limpiar con detergente y jabón.

2. Inspección visual de elementos sensibles. a) ¿Existe algún daño superficial relevante (rayadura, fractura)?

• Sí:• Opción 1: Reparar los elementos actuales según las dimensiones de


elementos sensibles estándar del Taller (sección 3.1.3). Ventaja: Modificaciones mínimas. Inconveniente: Máquina inutilizable durante el periodo.

• Opción 2: Sustituir por un repuesto según las dimensiones de elementos sensibles estándar del Taller (sección 3.1.3). Ventaja: La máquina sigue disponible. Inconveniente: Largos tiempos de mecanizado.

b) ¿Existe suciedad, grasa o polvo acumulado en la superficie?• Sí: Limpiar con Quickleen®.

3. Lubricación de partes móvilesRealizar la conexión-desconexión del sistema eje-husillo. a) ¿Está impedida la conexión-desconexión?

• Sí: Desmontar el mismo, comprobar el buen estado del pasador y del muelle, lubricar si es necesario.

Mover el volante con el sistema en conexión (anillo bajado) para todo el recorrido de la rosca exterior. b) ¿Existe dificultad de movimiento o sonidos de rozamiento?

• Sí. Aplicar lubricante con la aceitera y repetir la operación hasta que desaparezca.

Mover el volante con el sistema en. desconexión (anillo subido) para todo el recorrido de la rosca interior c) ¿Existe dificultad de movimiento o sonidos de rozamiento?

• Sí. Desmontar el conjunto, aplicar lubricante con la aceitera y repetir la operación hasta que desaparezca.

4. Comprobación de dialesAjustar ambos al "0" y realizar un giro de volante en dirección horaria. El dial lineal debe marcar "4" y el circular "0" de nuevo. Realizar un giro de volante en dirección antihoraria. Ambos diales vuelven a marcar 0. a) ¿No sucede esto?

• No. Comprobar que los diales no deslizan moviéndolos sobre la superficie en que se apoyan. Comprobar que no existe óxido que pueda atascar el sistema. Repetir los movimientos.

5. Sistema de visualización.Conectar la clavija a una alargadera. a) ¿No existe iluminación?

• Sí. Probar el resto de toma de corrientes de la alargadera. b) ¿Sigue sin existir iluminación?

• Sí. Desmontar el cajetín con un destornillador y sustituir la bombilla si está


fundida. c) ¿Sigue sin existir iluminación?

• Sí. Sustituir el casquillo si está quemado. d) ¿Sigue sin existir iluminación?

• Sí. Asegurar que el atornillamiento del mazo es correcto. e) ¿Sigue sin existir iluminación?

• Sí. Existe un problema con el cable exterior. Sustituirlo según el Anexo .

6. Sistema de anclaje.Girar el volante de manera brusca en ambas direcciones. Intentar "volcar" la bancada en su parte central. a) ¿Existe una vibración amplia?

• Sí. Cambiar la mordaza / tornillos y apretar con más fuerza.

3.4.4 Pruebas de puesta a punto (varios materiales)

Estos primeros ensayos sirven básicamente para familiarizarse con la máquina, con el ensayo Erichsen y con los materiales disponibles. Se especifica para cada uno el objetivo, las condiciones del ensayo (material, tipo de lubricación, forma de chapa), los resultados, y las conclusiones, imprescindibles como referencia para mejorar en futuros test. Se emplean por ello los materiales menos preparados: restos de chapa de otros mecanizados (acero galvanizado y acero inoxidable 304, sección 3.3.3).

Ensayo 1 (Figura 3.17)

• Material: Acero galvanizado.• Espesor: 0,8 mm.• Geometría: Triángulo escaleno (circunferencia inscrita > 35 mm).• CGA: No• Lubricación: 1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm.• Objetivos:

◦ Toma de contacto con el ensayo Erichsen.◦ Comprobar que el procedimiento puede ser correcto.◦ Estudiar el efecto de la geometría.◦ Conocer el comportamiento del acero galvanizado.

• Notas:◦ No se realiza ajuste al cero (no se mide el IE)

• Resultados:◦ Se aprecia una rugosidades en la superficie antes de la aparición de la grieta.


◦ Se produce una fractura no sonora.◦ La fractura se encuentra cerca del polo.◦ No se aprecia un gran endurecimiento por deformación.

• Conclusiones:◦ El ensayo Erichsen evoluciona según la teoría: evolución de la copa y fractura

cerca del polo de la misma (al menos en el acero galvanizado).◦ El procedimiento descrito en el Capítulo 3.2. "Funcionamiento" parece ser

correcto (al menos en el acero galvanizado).◦ El acero galvanizado puede ser ensayado bajo una geometría irregular si la

cogida es buena y si la circunferencia inscrita en la misma es mayor que 35 mm.◦ Es probable que las rugosidades superficiales sean estricciones y, por lo tanto,

puedan ser advertidas con el sistema de visualización instalado (al menos en el acero galvanizado).

◦ El acero galvanizado no posee un gran endurecimiento por deformación.


• Material: Acero Galvanizado.• Espesor: 0,8 mm.• Geometría: Rectangular (ancho < 35 mm).• Cogida: Central.• CGA: No• Lubricación: 1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm.• Objetivos:

◦ Detectar la estricción antes de la fractura.◦ Estudiar el efecto de una geometría más estrecha que en el ensayo 1.◦ Medir la base de la copa (área deformada proyectada).

• Notas:◦ Se realiza ajuste al cero.

• Resultados:◦ El material ha plegado antes de apreciar estricción o fractura (ensayo inválido).◦ La base de la copa tiene un diámetro aproximado de 30 mm.

• Conclusiones:◦ Se produce plegado en el lado en el que la base de la copa es más cercana a la

interfase del material.◦ El acero galvanizado no puede ser ensayado si alguna de sus longitudes es menor

que 35 mm. Se comprueba lo descrito en la sección 3.3.2 "El diámetro interior de la matriz (27 mm) limita la dimensión mínima de la probeta: ninguna de las dos dimensiones superficiales debe ser, mayorando la original por seguridad, menor de 30 mm".


Figura 3.17 : Ensayo de acero galvanizado sobre una geometría triangular. El resultado se

corresponde con el de un ensayo Erichsen general (fractura cerca de la copa).

Figura 3.18: Ensayo de acero galvanizado sobre una geometría con un lado demasiado pequeño: se

produce el plegado por la arista más cercana a la copa.


• Material: Acero Inoxidable 304.• Espesor: 0,5 mm.• Geometría: Irregular, lado medio > 55 mm• Cogida: Central.• CGA: Sí (incorporado de fábrica).

◦ d0 = 2,7 mm. • Lubricación: 1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm.• Objetivos:

◦ Medir un IE por primera vez.◦ Comprobar que la evolución según la teoría se produce también en este material.◦ Confirmar que el procedimiento descrito en el Capítulo 3.2. "Funcionamiento" es

correcto también en este material.◦ Constatar que cualquier geometría es susceptible de ser conformada siempre y

cuando la circunferencia circunscrita del material sea mayor que una determinada dimensión.

◦ Conocer el comportamiento del acero inoxidable.◦ Evaluar, si el IE es diferente, el tamaño de la base de copa aproximado (área

deformada proyectada).• Notas:

◦ El punzón no está completamente limpio (tiene incrustaciones).• Resultados:

◦ IE = 16,15 mm.


◦ La fractura no se encuentra cerca del polo.◦ El endurecimiento por deformación comienza a ser notable a partir de 10,00 mm◦ La ductilidad es muy alta.◦ La chapa queda marcada después del conformado con la huella de la cogida

(prensa-chapa).◦ La cara interior de la copa posee suciedad incrustada por el punzón a la altura

de la fractura.◦ La base de la copa mide aproximadamente 30 mm.

• Conclusiones:◦ El IE es medido con facilidad según el sistema de diales de la máquina.◦ El ensayo Erichsen evoluciona según la teoría: evolución de la copa y fractura.◦ El procedimiento descrito en el Capítulo 3.2. "Funcionamiento" es correcto.◦ El acero inoxidable 304 puede ser ensayado bajo una geometría irregular si la

cogida es buena y si la circunferencia inscrita en la misma es mayor que 55 mm (puede ser que geometrías menores produzcan ensayos correctos también).

◦ El acero inoxidable posee un endurecimiento por deformación notable en estricción (mayor que el acero galvanizado) a partir de 10 mm (para estos espseores).

◦ El acero inoxidable es más dúctil que el acero galvanizado (para estos espesores).◦ La cogida es buena, pues no se aprecian deformaciones en la huella dejada contra

la chapa (circunferencia de 55 mm).◦ Las impurezas del punzón han iniciado el defecto en otro lugar (cerca de la base)

y la copa podría ser menor de la real bajo estas condiciones.◦ El área plana afectado por la deformación no depende de la ductilidad o espesor

del material y es siempre de unos 30 mm.

Ensayo 4 (Figura 3.20)• Material: Acero inoxidable 304.• Espesor: 0,5 mm.• Geometría: Irregular.• Cogida: Cerca de la arista• CGA: (incorporado de fábrica).

◦ do = 2,7 mm• Lubricación: 1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm.• Objetivos:

◦ Confirmar que el plegado se produce por el lado más cercano a la base de la copa.

◦ Confirmar que el plegado se produce a un IE menor que la fractura (defecto más restrictivo, anula el ensayo).

• Resultados:


◦ Existe plegado en la zona prevista.◦ No se registra IE, pero el plegado se produce antes de los 10,00 mm de avance.

• Conclusiones:◦ El plegado se produce para cada material en la zona más cercana a la base de la

copa.◦ El plegado se produce antes que la fractura; es por tanto limitante y anula la

validez del ensayo.

Figura 3.19: Ensayo de acero inoxidable. La fractura es lejana a la copa (punto intermedio) debido a que el punzón no tiene las cualidades

superficiales requeridas.

Figura 3.20: Ensayo de acero inoxidable, donde la cogida está mal realizada y, por tanto, se produce plegado de la arista más cercana a la base de la

copa.

Conclusiones de las primeras pruebas.

1. Para cada material, existe una dimensión mínima geométrica por debajo de la cual, se produce plegado. La dimensión mínima para cualquier material es el diámetro interior de la matriz: 27 mm. Esta circunstancia anula el ensayo.

2. Si el punzón no tiene las cualidades superficiales requeridas, inica el defecto en otro lugar alejado de la copa (Figura 3.21).

3. El ensayo Erichsen evoluciona según la teoría para diferentes materiales.4. El procedimiento descrito en el Capítulo 3.2. "Funcionamiento" es repetible y parece

correcto.5. El sistema de visualización permite ver el primer defecto: estricción.6. El endurecimiento por deformación es perceptible por el operario durante el proceso.


Figura 3.21: Diferencia en la incisión con un punzón bien lubricado (izda.) y un punzón con elementos extraños (dcha.). Se observa en la segunda una zona "sucia", que es donde se inicia el defecto.

3.4.5 Prueba con AA2024-T3: repetibilidad y lubricación.

Se pretende demostrar que, bajo las mismas circunstancias, los resultados son iguales (dentro de un margen de error) y que por tanto la máquina (y el procedimiento de uso) son los adecuados para cualquier ensayo. Para ello, se utiliza una tira de Al 2024 T3 de espesor 1,6 mm (sección 3.3.3) con la dirección de laminado en sentido longitudinal. Si los ensayos se realizan con una distancia prudencial unos de otros, deberían reflejar un estado tensional cercano a la tracción biaxial equilibrada. La geometría se define en función de dos criterios: el largo es el de la chapa madre (300 mm) por facilidad de corte. El ancho es de 60 mm (>55 mm, el diámetro exterior de la matriz) para evitar la fluencia (Figura 3.22). De esta forma se pueden realizar 5 ensayos en virtuales "probetas cuadradas" de 60 x 60 mm que simulan un estado biaxial.


Figura 3.22: Corte de la chapa madre de AA2024-T3 para la obtención de la tira usada en el ensayo de repetibilidad y lubricación.

Se va a distinguir entre dos tipos de ensayos hasta que no se compruebe que existe isotropía: longitudinal y transversal, según se encuentre la dirección de laminado en la chapa (Figura 3.23)

Figura 3.23: Diferencia en una tira de chapa entre dirección longitudinal (izda.) y transversal (dcha.).

• Material: AA2024-T3.• Espesor: 1,6 mm.• Geometría: Tira de 300 x 60 mm.• Dirección de laminado: Transversal.• CGA: No• Lubricación: Varia (ver Tabla 3.6)• Objetivos:

◦ Familiarización con el material.◦ Búsqueda de la estricción.◦ La dimensión mínima (60 mm) es suficiente para evitar plegado en este material.◦ Búsqueda de la lubricación óptima.◦ Efecto del rozamiento (no lubricación).◦ Efecto de una cogida insuficiente (apriete sin tirón final).◦ Confirmar la repetibilidad del procedimiento.


• Notas:◦ 5 Ensayos en los que varía un parámetro entre ellos.

• Resultados (Tabla 3.6) (Figuras 3.24 y 3.25)

Nº de ensayo #1 #2 #3 #4 #5

Lubricación

1 capa de vaselina + 1

capa de teflón 60 x 60 mm

Sin lubricación (rozamiento

seco)



2 capas de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60

mm


capa de teflón 60 x 60 mm +

parafina

Apriete Estándar Estándar Menor Estándar Estándar

IE (mm) 7,80 mm 6,30 mm 7,65 mm 7,65 mm 7,80 mmTabla 3.6: Resultados de la prueba de repetibilidad y lubricación. En negrita, variable diferente

al resto de ensayos.

◦ El único ensayo disperso es el #2, que se deforma menos (el 82 % de la media de los otros cuatro).

◦ Los otros 4 ensayos se consideran "bajo las mismas condiciones":▪ Media: 7,725 mm▪ Desviación típica: 0,0866

◦ El defecto se produce cerca del polo de la copa, en la dirección perpendicular al laminado.

• Conclusiones:◦ El AA2024-T3 es muy poco dúctil. Tiene poca dureza superficial (se raya con

facilidad durante la manipulación).◦ El endurecimiento por deformación es muy perceptible por el operario (gran

resistencia a la deformación en instantes previos a la fractura).◦ Rompe por fractura dúctil sin estricción previa con un sonido característico.◦ La fractura es alargada, con cambios de dirección (errante).◦ La dimensión mínima de 60 mm es suficiente para evitar el plegado.◦ La lubricación estándar (1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm) es

suficiente, y añadir más elementos (parafina, más vaselina) es un gasto innecesario.

◦ La no lubricación favorece el fallo e invalida los resultados por rozamiento seco (igual que el ensayo 3 de la sección 3.4.4). Las marcas del prensa-chapa sobre el material son mayores que en el caso lubricado.

◦ Aplicar un tirón al final de la cogida no afecta al resultado; un apriete progresivo hasta el tope es suficiente.

◦ Los ensayos #1, #3, #4 y #5 gracias a la repetibilidad de los resultados confirman que la máquina está puesta a punto (secciones 3.4.1, 3.4.2 y 3.4.3) y el procedimiento es correcto (sección 3.2.1).


Figura 3.24 : Aspecto final de la tira de chapa tras los 5 ensayos de la prueba de repetibilidad y lubricación.

Figura 3.25: Detalle de uno de los ensayos, donde se presenta una fractura alargada cerca del polo y perpendicular a la dirección de laminación.

3.4.6 Prueba con AA2024-T3: isotropía

El objetivo principal es evaluar si la dirección de laminado afecta a los resultados (al menos, en el estado actual de tracción biaxial equilibrada). Para ello se utiliza el mismo material con la misma geometría, pero con la marcas de laminado en dirección transveral (perpendicular al ensayo anterior, ver Figura 3.23). Además, en alguno de ellos se añade una malla de círculos para observar su evolución, comprobar la factibilidad del método y sentar las bases del proceso de elaboración de un DLC.

• Material: AA2024-T3.• Espesor: 1,6 mm.


• Geometría: Tira de 300 x 60 mm.• Dirección de laminado: Longitudinal.• CGA: Varios (ver Tabla 3.7).

◦ Rotulador permanente y plantilla de círculos.◦ Malla cartesiana.◦ Separación de 1 mm.

• Lubricación: Varia (ver Tabla 3.7)• Objetivos:

◦ Comparar el comportamiento longitudinal y transversal.◦ Confirmar la repetibilidad respecto del ensayo anterior (sección 3.4.5) o, al

menos, repetibilidad entre ensayos con dirección de laminación transversal.◦ Determinar si la fractura se produce, como en la prueba anterior, en dirección

perpendicular al laminado.◦ Evaluar de forma genérica el método de rotulación de la malla de círculos y si

afecta o no a la conformabilidad del material.• Notas:

◦ 5 Ensayos en los que varía un parámetro entre ellos.

• Resultados (Tabla 3.7) (Figuras 3.26 y 3.27)Nº de ensayo #1 #2 #3 #4 #5

Lubricación





Sin lubricación (rozamiento

seco)

1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60

mm



Malla de círculos No Nod0 = 3,7 mm(64 círculos)

d0 =2,7 mm(90 círculos)

d0 = 4,7 mm(36 círculos)

IE (mm) 7,60 mm 7,65 mm 6,25 mm 7,55 mm 7,60 mmTabla 3.7: Resultados de la prueba de isotropía. En negrita, variable diferente al resto de

ensayos.

◦ El único ensayo disperso es el #3, que se deforma menos (el 82 % de la media de los otros cuatro).

◦ Los otros 4 ensayos se consideran "bajo las mismas condiciones":▪ Media: 7,60 mm.▪ Desviación típica: 0,04082.

◦ Los círculos se deforman tanto más cuanto más cerca se encuentra de la fractura.◦ El defecto se produce cerca del polo de la copa, en la dirección de laminado.

• Conclusiones:◦ Los ensayos #1, #3, #4 y #5 confirman la repetibilidad de los resultados, tanto

en dirección transversal como en lonitudinal; el material es isótropo (Tabla 3.8).◦ La no lubricación favorece el fallo e invalida los resultados por rozamiento seco


(igual que el ensayo 3 de la sección 3.4.4). Existe repetibilidad también en estos ensayos (ambos son el 82% de la media de los ensayos lubricados).

◦ La fractura no depende de la dirección de laminado.◦ El método de rotulación (permanente + plantilla de círculos) es viable; requiere

un tiempo de ejecución elevado, pero las deformaciones son visibles y perfectamente medibles. Además, no afecta a la conformabilidad del material (Tabla 3.9).

Prueba 1 Prueba 2 TOTAL

Dirección laminación Longitudinal Transversal Ambas

Número de ensayos 4 4 8

Media 7,73 mm 7,60 mm 7,67 mm

Desviación típica 0,0866 0,0408 0,0919Tabla 3.8: Comparación de resultados de los ensayos lubricados en las Pruebas 1 y 2, cuyos resultados

arrojan una correlación en donde la dirección de laminación es indiferente.

Prueba 1 Prueba 2 TOTAL

Dirección laminación Longitudinal Transversal Ambas

Número de ensayos 1 1 2

Media 6,30 mm 6,25 mm 6,275 mm

Desviación típica - - 0,0354Tabla 3.9: Comparación de resultados de los ensayos con rozamiento en las Pruebas 1 y 2, cuyos resultados

arrojan una correlación en donde la dirección de laminación es indiferente.

Figura 3.26: Aspecto final de la tira de chapa tras los 5 ensayos de la prueba de isotropía. Los círculos continúan bien definidos en los tres últimos.


Figura 3.27: Detalle de uno de los ensayos con rejilla de círculos. La fractura, cuya forma es muy similar en todos, se produce en esta ocasión en la dirección del laminado,

3.4.7 Prueba con otro material: AA7075-T6 SH

Una vez se confirma sobre un mismo material que los ensayos están bien ejecutados y que la anisotropía no afecta (al menos en estados cercanos a la tracción biaxial equilibrada), se procede a la obtención de resultados mediante el ensayo en otro de los materiales del Taller: el Aluminio 7075-T6 SH (sección 3.3.3).

• Material: Al-7075-T6 SH.• Espesor: 1,6 mm.• Geometría: Tira de 150 x 60 mm (3 ensayos).• Dirección de laminado: Transversal.• CGA: No.• Lubricación: Estándar (1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm).• Objetivos:

◦ Familiarización con el material y su comportamiento frente al conformado.◦ Búsqueda de la estricción.◦ La dimensión mínima (60 mm) es suficiente para evitar plegado en este material.◦ Comparar dos materiales con el mismo espesor: 1,6 mm (AA2024-T3 y Al-7075-

T6).


• Notas:◦ 3 Ensayos con parámetros idénticos pero con objetivos distintos (ver "Notas" en

Tabla 3.10).• Resultados (Tabla 3.10) (Figuras 3.28 y 3.29)

Nº de ensayo #1 #2 #3

NotasAparece unas rugosidades muy pronunciada en la superficie del

material

Búsqueda de rugosidad,

estricción y fractura.

Búsqueda de rugosidad, estricción y fractura.

IE rugosidad (mm) - 6,00 mm (aprox.) 5,00 mm (aprox.)

IE estricción (mm) - 9,70 mm 9,60 mm

IE fractura (mm) 10,10 mm 10,10 mm 10,40 mmTabla 3.10: Resultados de la prueba del Al-7075-T6 SH.

◦ Aparece unas rugosidades muy pronunciada en la superficie del material, cuya intensidad aumenta a medida que avance el ensayo.

◦ Aparece estricción, pero inmersa en esa rugosidad.◦ La fractura sucede a la estricción.◦ Fractura y estricción se producen cerca del polo de la copa.

• Conclusiones:◦ El Al-7075 es más dúctil que el AA2024, a pesar de tener el mismo elemento

base (aluminio) y el mismo espesor (1,6 mm).◦ Se aprecia un nivel de endurecimiento por deformación no muy elevado.◦ Este material genera una estricción, pero inmediatamente se sucede la fractura

(al 95% del avance para la fractura); es por lo tanto difícil de diferenciarlas, aunque al producirse en IE tan similares la deformación relativa entre los dos defectos es pequeña

◦ Previa a la estricción, existe un fallo propio del proceso de estirado sobre materiales no adecuados: piel de naranja u "orange skin" (sección 2.2.2). Es un modo de fallo no previsto para un ensayo Erichsen y por lo tanto el material no es apto y se descarta su uso futuro.

◦ Los 3 ensayos arrojan resultados similares: repetibilidad dentro del mismo material y espesor (Tabla 3.11).


Número de ensayos Media aritmética Desviación típica

Piel de naranja 2 5,50 mm 0,0707

Estricción 2 9,65 mm 0,0707

Fractura 3 10,20 mm 0,1732Tabla 3.11: Datos estadísticos de los 3 tipos de fallo observados en el Al-7075

Figura 3.28: Aspecto final de la tira de chapa tras los 3 ensayos del Al-7075. El número 3, tras anotarse el IE de fractura, se deformó más para observar la propagación de la grieta (no relevante).

Figura 3.29: Detalle de uno de los ensayos, donde se percibe la piel de naranja ocupando casi toda la copa.


3.4.8 Prueba con otro material: Acero dulce

Tras el descarte del Al-7075-T6 SH como material apropiado para los objetivos, se utiliza un nuevo material: el Acero Dulce (detalles en la sección 3.3.3). Sus características de alta ductilidad lo hacen apropiado para obtener resultados de conformado visibles (grandes deformaciones) y directamente comparables con los resultados del AA2024, el otro material relevante y de propiedades muy diferentes

Se realizan ensayos sobre una tira del acero dulce de 60 x 250 mm.

• Material: Acero dulce.• Espesor: 1,2 mm.• Geometría: Tira de 250 x 60 mm.• Dirección de laminado: Longitudinal.• CGA: No.• Lubricación: Estándar (1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm).• Objetivos:

◦ Familiarización con el material y su comportamiento frente al conformado.◦ Búsqueda de la estricción.◦ Determinar si la dimensión mínima (60 mm) es suficiente para evitar plegado en

este material.◦ Comparar sus resultados con el AA2024-T3.

• Notas:◦ 3 Ensayos con parámetros idénticos.

• Resultados (Tabla 3.12) (Figuras 3.30 y 3.31)

Nº de ensayo #1 #2 #3

IE estricción (mm) 11,80 mm 11,40 mm -

IE fractura (mm) - 12,05 mm 12,00 mmTabla 3.12: Resultados de la prueba del Al-7075-T6 SH.

◦ La fractura sucede a la estricción.◦ Fractura y estricción se producen cerca del polo de la copa.◦ El ensayo #3 tiene una mala cogida (demasiado baja) y durante el ensayo ha

aceptado material de la arista inferior.• Conclusiones:

◦ El acero dúctil es el material de mayor ductilidad de los que se encuentran en el Taller.

◦ El endurecimiento por deformación es perceptible a partir de 8 mm.


◦ Este material genera una estricción (al 95% de la fractura aproximadamente) pero inmediatamente se sucede la fractura . Es por lo tanto difícil diferenciarlas, aunque al producirse en IE tan similares la deformación relativa entre los dos defectos es pequeña.

◦ La ruptura no es sonora.◦ En la cara de incidencia del punzón pueden observarse unas marcas espirales

brillantes y pulidas, signo del giro de una esfera no perfecta que roza contra el material.

◦ Al ser el material más dúctil, existe una mayor fluencia del mismo si la cogida no es aduecuada.

◦ Al ser el material más dúctil, se aprecia en mayor medida el efecto de la cogida del prensa-chapa.

◦ Es posible que una dimensión mínima de 60 mm no sea suficiente.◦ Los 3 ensayos arrojan resultados similares: repetibilidad dentro del mismo

material y espesor (Tabla 3.13 ).

Número de ensayos Media aritmética Desviación típica

Estricción 2 11,60 mm 0,2828

Fractura 2 12,025 mm 0,3536Tabla 3.13: Datos estadísticos de los 2 tipos de fallo observados en el Acero Dulce.

Figura 3.30: Aspecto final de la tira de chapa tras los 3 ensayos de acero dulce. El #3, muestra una cogida insuficiente en la parte inferior (falta de presión y/o mayor ductilidad del material).


Figura 3.31: Detalle de la cara de incidencia en uno de los ensayos, donde se una marca en espiral debido al rozamiento del punzón (no es esfera perfecta). Se advierte la fractura sobre ella.

3.4.9 Conclusiones de la puesta a punto

1.- La máquina, bajo las condiciones de limpieza y mantenimiento especificadas en el capítulo 3, realiza ensayos correctos.

Todos los experimentos evolucionan como establece la teoría del Ensayo Erichsen: evolución de la copa, estricción (si se produce) y fractura. Además, todos los experimentos bajo las mismas condiciones (material, espesor, lubricación) producen resultados similares (repetibilidad).

2.- El ensayo se anula si se produce plegado.Si existe alguna zona de la cogida donde la presión es menor, el material de dicha

zona no es retenido durante el ensayo y tiende a fluir hacia el hueco de la matriz (la cogida no es capaz de responder a las fuerzas existentes durante la deformación). Esta menor presión se debe en este caso a la condición de contorno de borde libre y a una presión no uniforme en el contacto prensachapa-probeta-matriz: todo el material situado entre cogida y borde libre fluye hacia el hueco de la matriz hasta que la arista penetra, y la deformación se concentra en esta zona, desvirtuando el propósito del resultado. El test se anula porque la deformación se concentra en la arista que fluye dentro de la matriz y no en la copa, creando estados tensionales alternativos fuera del alcance del presente estudio. La ventaja es que es rápidamente visible por el operario: al observar el hueco de la matriz con el espejo, la copa no crece simétricamente sino que se tuerce hacia el lado afectado.


3.- Un punzón sin cualidades superficiales adecuadas (dureza y rugosidad) y/o una lubricación insuficiente producen ensayos erróneos.

Cualquier irregularidad existente en la superficie del punzón sirve como iniciador del defecto en la cara de ensayo por fricción. El material alcanza el fallo antes por concentración de tensiones dada esta circunstancia.

4.- La lubricación estándar (1 capa de vaselina + 1 capa de teflón 60 x 60 mm) es suficiente.

Los resultados de ensayos con más elementos de lubricación (parafina, más teflón, más vaselina) son similares y se considera por tanto la adición de los mismos irrelevante.

5- Las chapas pueden considerarse isótropas para el ensayo, al menos en estado de alargamiento biaxial equivalente.

Los experimentos bajo las mismas condiciones (material, espesor, lubricación) per con diferentes direcciones de laminado no producen resultados diferentes.

6.- El Al-7075 se descarta como material para las prácticas.Se produce un defecto previo a la estricción no previsto para este tipo de ensayos:

piel de naranja u orange skin. Se trata de un arrugamiento superficial que aumenta a medida que avanza el conformado, tanto en la cara exterior (visible durante el ensayo) como en la cara interior (en mucha menor medida). Si se considera como criterio de fallo (empobrecimiento notorio del estado superficial), la búsqueda de defectos posteriores pierde su sentido.

7- Los materiales elegidos para ensayos posteriores son el AA-2024-T3 y el Acero dulce. Responden según lo previsto a las pruebas, su usabilidad es alta (cantidad y formato de la chapa, sección 3.3.3) y tienen diferencias cualitativas entre ellos que permiten una comparación mucho más contrastada (Tabla 3.14).

8.- La impresión de una malla de círculos (CGA) por medios manuales (rotulación) es aceptada. La mejor solución en cuanto a rapidez y resultados es el método de tampón y sello.

No afecta a la conformabilidad del material (repetibilidad de resultados). Los círculos evolucionan con el material durante la deformación, y su aspecto visual final permite su medición. Se estudia en la sección 4.2 el método apropiadode representación de círculos manual.


9.- Para cada material existe una dimensión mínima geométrica por debajo de la cual se puede producir flujo de material al hueco de la matriz (depende de su ductilidad). En AA2024-T3 60 mm de largo aseguran la cogida, mientras que en acero dulce 60 mm no son suficientes.

Es la condición que desemboca en plegado pero sin que éste llege a producirse (la geometría es suficiente para no permitir a la arista entrar al hueco de la matriz pero sí como para que una parte del material de esta zona penetre). Ésto pone de manifiesto que existe una anomalía y se tiene que asegurar el contacto máximo prensachapa-probeta-matriz (paralelismo de sus caras). La solución provisional, a falta de un estudio metrológico completo de las zonas sensibles, consiste en determinar una geometría mínima para cada material.

Para determinar el elemento sensible conflictivo, se realiza una prueba para evaluarmarca de la cojida que prensa-chapa y matriz imprimen en el material:

I. Se realiza una cogida lo más fuerte posible sobre chapas del mismo espesor pero girando la matriz un ángulo conocido entre una y otra. Si la marca de las chapas gira ese mismo ángulo, la matriz es el elemento conflictivo.

II. Se realiza una cogida lo más fuerte posible sobre chapas de distinto espesor (que no sean múltiplos de 4) sin girar la matriz; el prensachapa gira un ángulo distinto hasta el contacto. Si la marca de las chapas gira el ángulo correspondiente, el prensachapa es el elemento conflictivo.

III. Si las marcas de cogida son aleatorias en todos los casos (incluso si no varían las condiciones de una prueba a otra), se requiere un estudio metrológico a fondo de los elementos sensibles.

Material AA2024-T3 Acero dulce

Disponibilidad en Taller Alta Alta

Primer defecto Fractura dúctil (no estricción). Estricción

Percepción del defecto Fácil (sonora y visualmente) Difícil hasta que progresa lo suficiente. Insonoro.

Dimensión mínima 60 mm ¿>60 mm? (fluencia)

Ductilidad Baja Alta

IE estricción (media) - 11,60 mm

IE fractura (media) 7,67 mm 12,03 mm

Endurecimiento por deformación Mayor Menor

Dureza superficial Menor MayorTabla 3.14: Comparación directa de las propiedades de formabilidad entre los dos materiales disponibles en el

Taller adecuados para investigar ensayos de conformado de chapa.

la máquina erichsen manualbibing.us.es/proyectos/abreproy/60167/fichero/pfc... · gracias al...

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