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TRABAJO DE FIN DE MASTER

Diseño y análisis de un método plan para la realización de un componente de chapa de un

automóvil

Oihane Sánchez Jaramillo

Master Universitario de Ingeniería Industrial dirigido por

Jose Antonio Sánchez

Curso 2016-2017

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA


1

ÍNDICE

ÍNDICE ............................................................................................................................... 1

1. RESUMEN .................................................................................................................. 3

2. LISTA DE TABLAS, IMÁGENES Y ACRÓNIMOS ........................................................... 4

2.1. Tablas ................................................................................................................. 4

2.2. Ilustraciones ....................................................................................................... 4

2.3. Vocabulario básico ............................................................................................. 8

3. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 9

3.1. Contexto ............................................................................................................. 9

3.2. Objetivos .......................................................................................................... 13

3.3. Beneficios ......................................................................................................... 14

4. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 15

4.1. Pieza a realizar .................................................................................................. 15

4.2. Cuaderno de cargas .......................................................................................... 18

4.3. Estructura de árbol de Matrici ......................................................................... 22

4.4. Pregama ........................................................................................................... 25

4.5. Método Plan ..................................................................................................... 39

5. ASPECTOS ECONÓMICOS ........................................................................................ 89

5.1. Presupuesto...................................................................................................... 89

6. PLANIFICACIÓN ....................................................................................................... 91

7. RESULTADOS, CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS ................................................ 95

7.1. Resultados y conclusiones ................................................................................ 95


2

7.2. Líneas futuras ................................................................................................... 96

8. REFERENCIAS ........................................................................................................... 97

ANEXOS: NORMATIVA APLICABLE .................................................................................. 98


3

1. RESUMEN

En el presente trabajo fin de master se pretende definir el proceso de fabricación de

una pieza de chapa para un automóvil, además de presentar el trabajo realizado

durante el transcurso de las prácticas en la empresa Matrici S.Coop. Asimismo se

describe de forma detallada el trabajo realizado en el departamento de ingeniería de la

mencionada cooperativa. El objetivo es desarrollar conocimientos de troquelería y

hacer uso de los programas de Autoform y Catia. Para así conocer de primera mano las

tareas que corresponden a un ingeniero en un sector como es la automoción. Para ello

se ha descrito las tareas que se llevan a cabo para la realización de un método plan,

que consiste en una descripción detallada de las operaciones a realizar sobre una

chapa para obtener finalmente la pieza final del automóvil.

Masterreko lan amaiera honetan, automobilak darama xaflazko pieza baten fabrikazio

prozesua azalduko da. Honetaz gain, praktiketan egindako lanaren aurkezpen bat ikusi

ahal izango duzue, Matrici S.Coop enpresan garatu direnak. Bertan, ingenieritza sailean

landutako zereginak zehaztuko dira. Honen helburu nagusia, trokelgintza, Catia eta

Autoform programen ezaguera ona izatea da. Helburu honen bitartez, lehen eskutik

automozio sektorean ingeniero baten funtsezko lana ezagutu daiteke. Horregaitik,

deskribatu dira plan metodoa bat egiteko zereginak. Zeregin hauek, operazio

bakoitzako deskribapen zehatza da automobilaren amaiera izateko.

The aim of this master’s dissertation is to defing the manufacturing process of a sheet

metal part for an automobile. In addition, we could see what has been the work during

the intership in Matrici S.Coop. It also descibes the work done by the engineering

department in this factory. The aim is to develop know-how in diemaking as well as the

softwares Catia and Autoform. This dissertation expects to show what is exactly the

job that an engineer must do in the automotion sector. In this case, it explains the plan

method where the different operation that you have to make in a sheet are described

in detail.


4

2. LISTA DE TABLAS, IMÁGENES

Y ACRÓNIMOS

2.1. Tablas

Tabla 1: Cuaderno de cargas .......................................................................................... 18

Tabla 2: Datos de las prensas del cliente ....................................................................... 19


Tabla 4: Operaciones a realizar ...................................................................................... 20



Tabla 7: Aprovechamiento de material .......................................................................... 34

Tabla 8: Esfuerzos de la OP30 ......................................................................................... 37

Tabla 9: Esfuerzos de la OP40 ......................................................................................... 38

Tabla 10: Esfuerzos de la OP50 ....................................................................................... 38

Tabla 11: Amortizaciones ............................................................................................... 89

Tabla 12: Horas internas ................................................................................................. 89

Tabla 13: Costes directos ................................................................................................ 89

Tabla 14: Costes indirectos ............................................................................................. 90

Tabla 15: Imprevistos ..................................................................................................... 90

Tabla 16: Presupuesto .................................................................................................... 90

Tabla 17: diagrama de Gantt .......................................................................................... 94

2.2. Ilustraciones

Imagen 1: Clientes habituales de Matrici S.Coop. ............................................................ 9

Imagen 2: Lateral izquierdo ............................................................................................ 15

Imagen 3: Lateral derecho .............................................................................................. 16

Imagen 4: Zona de la pieza no simétrica ........................................................................ 16


5

Imagen 5: Carro lineal ..................................................................................................... 17

Imagen 6: Corte A-A ....................................................................................................... 17

Imagen 7: Recuperación elástica .................................................................................... 18

Imagen 8: Anagrama del coche y sello fechador ............................................................ 21

Imagen 9: Norma de empalmes de corte ....................................................................... 21

Imagen 10: Estructura del árbol ..................................................................................... 22

Imagen 11: Parte de la estructura del árbol ................................................................... 23

Imagen 12: "Numerical definition" ................................................................................. 24

Imagen 13: "Construction definition" ............................................................................ 25

Imagen 14: Retales de la OP30 en azul y de la OP40 en rojo. Cuchillas de retal en verde.

........................................................................................................................................ 26

Imagen 15: Características del material ......................................................................... 27

Imagen 16: Diagrama FLD ............................................................................................... 27

Imagen 17: Formability ................................................................................................... 28

Imagen 18: Diagrama de adelgazamiento ...................................................................... 29

Imagen 19: Thinning ....................................................................................................... 30

Imagen 20: Plastic Strain ................................................................................................ 30

Imagen 21: Minor Stress ................................................................................................. 31

Imagen 22: Corrimientos de linea (arriba línea de entrada a matriz y abajo línea de

estilo) .............................................................................................................................. 32

Imagen 23: Aparición de arrugas en zona entre pisador y matriz ................................. 32

Imagen 24: Aprovechamiento de chapa ........................................................................ 33

Imagen 25: Cortante desarrollo importado de Autoform .............................................. 39

Imagen 26: Cortante desarrollo ..................................................................................... 40

Imagen 27: Norma desahogos y aplicación en CATIA .................................................... 40

Imagen 28: Corte de los flanes ....................................................................................... 41

Imagen 29: Norma de construcción de frenos ............................................................... 41

Imagen 30: Proceso de embutición ................................................................................ 42

Imagen 31: Medida del CDG de la pieza ......................................................................... 42

Imagen 32: Verificación de la orientación del “tipping point” ....................................... 42

Imagen 33: Detalle de la verificación de la orientación del "tipping point" .................. 43

Imagen 34: Tapado de agujeros y supresión de pestañas ............................................. 43

Imagen 35: Descenso de la chapa .................................................................................. 44

Imagen 36: Addendum (amarillo) y pieza (azul)............................................................. 45

Imagen 37: Addendum en la zona de las puertas .......................................................... 45

Imagen 38: Pestaña de la pieza final (azul) y addendum generado (amarillo) en el corte

B-B ................................................................................................................................... 46

Imagen 39: Addendum de la parte superior de la pieza ................................................ 46


6

Imagen 40: Pestaña y addendum en la zona del foco .................................................... 47

Imagen 41: Zona contigua al foco con la pestaña final (azul) y el addendum generado

(rosa) ............................................................................................................................... 47

Imagen 42: Addendum del paso de rueda ..................................................................... 47

Imagen 43: Consumidor en la zona de pieza vista ......................................................... 48

Imagen 44: Addendum de la zona inferior ..................................................................... 48

Imagen 45: Addendum de la zona delantera de la pieza ............................................... 49

Imagen 46: Consumidor en el addendum de la ventana trasera ................................... 49

Imagen 47: Addendum completo de la pieza a estudio ................................................. 50

Imagen 48: Pisadores...................................................................................................... 50

Imagen 49: Macho de la embutición .............................................................................. 51

Imagen 50: Matriz de la embutición .............................................................................. 51

Imagen 51: Línea de entrada a matriz ............................................................................ 52

Imagen 52: Distribución de los frenos (líneas en verde) ................................................ 52

Imagen 53: Norma de construcción de frenos ............................................................... 53

Imagen 54: Línea de estilo .............................................................................................. 53

Imagen 55: Pieza embutida ............................................................................................ 54

Imagen 56: Elementos fundamentales de la embutición............................................... 54

Imagen 57: Reembutición (izquierda) y conformado (derecha) .................................... 56

Imagen 58: Corte permitido con un ángulo menor a 20 grados .................................... 57

Imagen 59: Corte con un ángulo mayor a 20 grados ..................................................... 58

Imagen 60: Desarrollo de pestañas ................................................................................ 58

Imagen 61: Líneas de corte (amarillas y verdes) ............................................................ 59

Imagen 62: Cuchillas de retal en rojo ............................................................................. 60

Imagen 63: Punzonados de forma .................................................................................. 60

Imagen 64: Corte de los medallones .............................................................................. 61

Imagen 65: Empalmes de corte ...................................................................................... 61

Imagen 66: Coordenadas del punto ............................................................................... 62

Imagen 67: Orientación del sistema de coordenadas y ángulo a corregir ..................... 62

Imagen 68: Corrección del ángulo .................................................................................. 63

Imagen 69: Corrección del ángulo en Z .......................................................................... 63

Imagen 70: Sistema de coordenadas del carro .............................................................. 63

Imagen 71: Pata de cabra ............................................................................................... 64

Imagen 72: Carros de la operación 30 ............................................................................ 64

Imagen 73: Norma de los desahogos ............................................................................. 65

Imagen 74: Desahogos de fundición .............................................................................. 66

Imagen 75: Consumidores de retal (líneas rosas) .......................................................... 66

Imagen 76: Pieza obtenida de la operación 20 (amarillo) y pieza a obtener en la


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operación 30 (gris) .......................................................................................................... 67

Imagen 77: Corte C-C ...................................................................................................... 68

Imagen 78: Corte D-D ..................................................................................................... 68

Imagen 79: Contorno que define el taco de calibrado ................................................... 68

Imagen 80: Taco de calibrado ........................................................................................ 68

Imagen 81: Pieza obtenida de la operación 30 .............................................................. 69

Imagen 82: Elementos fundamentales de la operación 30 ............................................ 69

Imagen 83: Cortes y punzonados ................................................................................... 71

Imagen 84: Conformados ............................................................................................... 72

Imagen 85: Zona del tapón de gasolina (Corte F) .......................................................... 72

Imagen 86: Conformado de la zona trasera (Corte G) ................................................... 73

Imagen 87: Calibrado (Corte H) ...................................................................................... 74

Imagen 88: Calibrado (Corte E) ...................................................................................... 74

Imagen 89: Contracarros ................................................................................................ 75

Imagen 90: Cofia (línea roja) .......................................................................................... 76

Imagen 91: Reembutición a realizar (azul, pieza final; amarillo, pieza a conformar) .... 76

Imagen 92: Cálculo de la cofia ........................................................................................ 77

Imagen 93: Superficie de cofia, macho y contracarro .................................................... 77

Imagen 94: Pieza (azul), contracarro en posición de trabajo (amarillo) y contracarro

retirado (rosa) ................................................................................................................. 78

Imagen 95: Taco (amarillo) y pisador (morado) ............................................................. 78

Imagen 96: Elementos principales de un conformado .................................................. 78

Imagen 97: Secuencia de movimiento del contracarro de relleno ................................ 79

Imagen 98: Funcionamiento del contracarro de relleno en el troquel .......................... 80

Imagen 99: Superficies del contracarro de relleno ........................................................ 80

Imagen 100: Superficies del contracarro y superficie de deslizamiento ....................... 81

Imagen 101: Funcionamiento del constracarro en la pieza a estudio ........................... 81

Imagen 102: Desahogos de fundición ............................................................................ 82

Imagen 103: Elementos fundamentales de la operación 40 .......................................... 82

Imagen 104: Cortes verticales y por carro ..................................................................... 84

Imagen 105: Corte por carro .......................................................................................... 84

Imagen 106: Punzonados verticales (verdes) y a carro (rosas) ...................................... 85

Imagen 107: Vuelta de cuello ......................................................................................... 85

Imagen 108: Norma de punzonados .............................................................................. 86

Imagen 109: Conformados ............................................................................................. 86

Imagen 110: Taco de conformado y dirección de trabajo ............................................. 87

Imagen 111: Calibrado del paso de rueda ...................................................................... 87

Imagen 112: Elementos fundamentales de la operación 50 .......................................... 88


8

2.3. Vocabulario básico

Método Plan (MP/PM): Análisis de las operaciones necesarias para la obtención de una

pieza de chapa.

Flan: Chapa de partida.

SB (Springback): Recuperación elástica del material una vez liberado de esfuerzos.

Tipping point: Sistema de coordenadas que marca la dirección vertical de cada

operación.

Macho: Pieza con partes salientes que entra, encaja o engancha en otra destinada a

este fin.

Matriz: Molde donde encaja el macho.

Pisador: Pieza que pisa la chapa y controla su fluencia mientras se conforma.

Frenos: Sistema de retención del material.

Bananas/consumidores: Geometría añadida que consume chapa sobrante.

Carro/Contracarro: Conjunto de herramientas que permites realizar operaciones sobre

la chapa en una dirección diferente a la vertical.

Pata de cabra: Cavidad en cuchillas que coinciden en un mismo punto dentro del

troquel.

Embutición: Dar a una chapa metálica la forma de un molde o matriz prensándola o

golpeándola sobre ellos.


9

3. INTRODUCCIÓN

3.1. Contexto

3.1.1. Empresa

Este trabajo fin de máster se va a desarrollar en la empresa Matrici S.Coop dedicada a

la fabricación de troqueles. Matrici S.Coop es un referente en el desarrollo de utillaje

destinado a realizar piezas BIW (Body in White) en el sector del automóvil, destacando

entre ellas las piezas de piel. Cabe mencionar que la pieza objeto a estudio en este

proyecto es clave en un automóvil. Se trata del lateral.

La empresa, perteneciente al grupo Mondragón y situada en el parque tecnológico de

Zamudio, destina casi toda su producción al sector del automóvil, sin embargo toca

otros sectores como el aeronáutico, el ferroviario y del autobús. Los factores

diferenciadores de esta cooperativa son la capacidad de gestión de grandes proyectos,

como el desarrollo de gamas de troqueles para carrocerías completas y la puesta a

punto y seguimiento de sus productos una vez terminada su producción en planta

además de la amplia experiencia adquirida a través de los años tanto en el suministro

de troqueles para fabricación de piezas embutidas como en tratamientos de

materiales especiales. Otro de los puntos a destacar son los clientes que eligen

contratar Matrici para a producción de sus coches. Destacan Jaguar, Land Rover, Ford,

Renault, PSA, Fiat, BMW, Volvo, GM, SEAT, Volkswagen, Audi, Mercedes, entre otros.

Imagen 1: Clientes habituales de Matrici S.Coop.


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Cuando se piensa en la construcción de un vehículo se pueden distinguir tres partes fundamentales del mismo. Estas partes son las que los principales fabricantes de automóviles subcontratan a empresas especializadas. En primer lugar se distingue la zona del motor que engloba todo el sistema que proporciona movimiento al vehículo, en segundo lugar está la estructura del vehículo compuesto de piezas de estructura y refuerzo y las piezas de piel. Mientras que el objetivo de las primeras es mantener el vehículo rígido y seguro para el conductor, las segundas tienen el objetivo de proteger al ocupante y hacer que el coche resulte atractivo para el usuario. Estas últimas son las piezas que Matrici S.Coop. se encarga de producir a través de sus troqueles. En tercer lugar quedan los elementos auxiliares que completan en vehículo.

3.1.2. Sector de automoción

El sector de la automoción representa un pilar fundamental en la industria. La

fabricación de automóviles ha incrementado de manera significa en los últimos años lo

que ha hecho que pequeñas empresas dedicadas a la reparación de vehículos se hayan

convertido finalmente en proveedores de componentes. Esto ha hecho que España

ocupe el segundo puesto de producción de vehículos en Europa y el duodécimo en el

mundo, siendo el primer productor europeo de vehículos industriales. La gran parte de

esta producción se exporta a más de 130 países.

Concretamente el sector vasco es uno de los más competitivos e innovadores con un

entorno que puede proporcionar toda la cadena de valor que va desde aceristas,

fabricantes de bienes de equipo o productores de máquina-herramienta, hasta

matriceros y mecanizadores, pasando por universidades, centros de investigación, etc.

El sector vasco destaca por tener una gran presencia en todas las funciones del

vehículo lo que hace que se puedan fabricar una amplia gama de productos.

Las ventajas competitivas que ofrecen las empresas directa e indirectamente

relacionadas con el sector de la automoción en el País Vasco son la cualificación de la

mano de obra, la modernización de las plantas industriales, las cuales siguen aún en

proceso de automatización de sus procesos, y la mentalidad de mejora continua. La

inversión en I+D+i se ha visto afectada en los últimos años. Sin embargo, esto no ha

sido un impedimento para que un 70% de las empresas en Euskadi tengan un

departamento de I+D+i con un porcentaje de facturación medio destinado a estas

actividades de un 5%. Los avances tecnológicos obligan a las empresas a aumentar su

valor añadido de forma que aumente la calidad de sus piezas y se adapten a las nuevas

necesidades de marcado. Por ello, estas intentan destacar en algún aspecto

diferenciador como la investigación en nuevos materiales que presenten mejoras de

conformabilidad y resistencia para así ofrecer mejores prestaciones que sus

competidores extranjeros.


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Entre las empresas dedicadas al sector de automoción en Euskadi y más

concretamente las orientadas a la producción de piezas de chapa son Matrici, Batz y

Gestamp. Las dos últimas han apostado en los últimos años por la fabricación de piezas

en caliente para las piezas de estructura mencionadas. Este proceso consiste en llevar

a cabo la estampación una vez superada la temperatura de austenizacion del material

y dejando enfriar la pieza dentro del troquel cerrado. Esto consigue redireccionar los

granos del material haciendo que adquiera más resistencia en la dirección de

estampación. Además este tipo de procesos se realiza no con aceros convencionales

sino que con aceros aleados al boro. Otro de los avances que se presentan en esta área

es la elección de los materiales de chapa. El aluminio y el plástico se han convertido en

grandes competidores del acero debido a sus diversas propiedades, sin embargo el

acero sigue superando a ambos. Como ya se ha mencionado anteriormente la empresa

Matrici está especializada en la fabricación de troqueles de piezas de gran tamaño

como son los laterales del vehículo, puertas, techos, etc.

3.1.3. Metodología Matrici S.Coop.

A continuación, para contextualizar la etapa de este trabajo en Matrici, se va a realizar una breve exposición de los pasos que se siguen en la empresa desde que llega un pedido hasta que este se envía al cliente.

En primer lugar cuando el cliente solicita una gama de troqueles para realizar una de las piezas del coche, proporciona a la empresa una serie de datos necesarios para comenzar con el diseño de los troqueles. El conjunto de datos entregados recibe el nombre de cuaderno de cargas. Éste está compuesto principalmente de tres elementos fundamentales. Una descripción de la línea de prensas que se van a utilizar para la realización de la pieza, es decir, las especificaciones del lugar donde irán colocados los troqueles; la definición numérica de la pieza; y normas a seguir para la construcción de los troqueles. Además de estos datos se acuerdan plazos y presupuestos, como el cualquier otro proyecto. Esta información se lleva al departamento de ingeniería. Estos se encargan de realizar el método plan, es decir, la definición de la pre-gama, que consta de un estudio de propuesta de la gama de troqueles necesaria para la obtención de la pieza final. En esta fase se debe definir la factibilidad de la línea de prensas; el número de operaciones a realizar para la fabricación de la pieza, lo que se traduce en decidir el número de troqueles a producir; la función de cada uno de los troqueles; el formato de partida de la chapa o lo que es lo mismo, el consumo de chapa; la factibilidad tanto de pieza como de proceso; y las fichas de riesgo, donde se definen propuestas de cambio. Para cumplir con estos objetivos se realiza una primera simulación orientada al posterior acuerdo de proceso donde se define la factibilidad de pieza y se elaboran las fichas de riesgo. La siguiente simulación se realiza ya para el método plan definitivo con el objetivo de dar el visto bueno y continuar con la siguiente etapa. Previamente se realiza el acuerdo de proceso, que se trata de una reunión en la que se llega a distintos acuerdos del


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proceso tanto dentro de la empresa como con el cliente. Parte de la funciones que se realizan en el método plan serán el objeto de estudio del presente trabajo fin de máster.

Tras definir el número de operaciones y los elementos importantes de cada una de ellas, se realiza el diseño de los troqueles, partiendo de la información que ingeniería ha generado. Con ello se realiza el 3D de todos los elementos del troquel, decidiendo dimensiones y elementos estándares. Una vez terminado el diseño, se genera una lista de materiales que se destina al departamento de compras de la empresa. En estas listas de materiales existen elementos más críticos que otros. Estos son los componentes de fundición, los carros, los estándares y todo el piecerío.

Una vez que se han comprado las fundiciones y llegan a Matrici, se verifican por digitalización, de forma que se hacen referencias para el posterior mecanizado en 2D, que prepara el área de CAM. A esta área le llegan las superficies finales de mecanizado y se encarga de generar los programas de CAM para su mecanizado. Las superficies finales las produce el departamento de CAD, que se encarga de corregir todas las imperfecciones de las superficies y las deja óptimas para su mecanizado. Tras desbastar las piezas de fundición comienza el montaje de los troqueles, con todos los demás elementos de la lista de materiales anteriormente mencionada. A continuación se realiza una pasada de acabado de los troqueles tanto la parte superior como la inferior.

Una vez acabado el troquel se lleva a prensa y se prepara para pruebas. En esta fase el troquel se acaba a mano, puliéndolo. A continuación se realiza el marmoleo donde se comprueba el contacto entre superficies y se corrigen deformaciones. Al concluir esta etapa se realiza la primera pieza embutida y se compara con la simulación para así poder homologarla. Si todo va bien se realiza la primera pieza final y se verifica con la pieza de referencia.

En este momento comienzan los ciclos de corrección, en los que se asignan los fallos que se encuentran en cada pieza con cada operación. Tras identificar los fallos se definen las soluciones a cada problema encontrado y se envía esta información a diferentes departamentos.

Entonces tras retocar los troqueles, se produce una nueva pieza final y se vuelve a comprobar su estado. Si hacen falta más correcciones, se vuelve a hacer otro ciclo de corrección, si no, comienza el acabado de los troqueles.

Este consta del montaje de los circuitos neumáticos, eléctricos, etc. Finalmente se realiza el envío al cliente, respetando el cuaderno de cargas y comienza la puesta a punto en casa del cliente, cuyo objetivo principal es conseguir reproducir la misma pieza que se ha conseguido en Matrici. Una vez conseguida, puede comenzar la producción en serie.

En el presente trabajo fin de master se va a realizar un seguimiento de la producción

de un troquel destinado a la fabricación de una pieza de estructura. Se analizará el

proceso de producción que se lleva a cabo en el área de ingeniería que consiste en


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realizar el método plan, cuyos objetivos se expondrán a continuación.

3.2. Objetivos

El objetivo del presente trabajo fin de master consiste en definir el proceso de

producción de un componente de chapa de un vehículo, es decir, definir el método

plan de la pieza. Para alcanzar esta meta se han de cumplir los subobjetivos que se

describen a continuación.

En primer lugar hay que conseguir definir el número de operaciones y su función en

cada una de las etapas del proceso de producción de la pieza de chapa. Esto se realiza

en base al know-how de la empresa. La primera operación que se realiza siempre para

obtener un componente de chapa es una embutición.

Con respecto a la misma de ha de conseguir una simulación de la embutición correcta,

de forma que cumpla todos los parámetros que exigen de forma conjunta tanto la

empresa como el cliente. Este objetivo es fundamental para la consecución del

proyecto ya que si no se alcanza una buena embutición no es posible continuar con el

diseño de las restantes operaciones. Es por ello que se considera un hito del proyecto.

Otro de los subobjetivos a tener en cuenta es el ahorro de chapa. Durante el diseño del

método plan es necesario tener en cuenta en todo momento el consumo de chapa, el

cual está directamente ligado con el coste del proyecto. Es uno de los punto clave para

satisfacer las necesidades del cliente.

Se ha de tener también contacto continuo con el cliente de forma que los cambios que

proponga sean aplicables al proyecto ya que muchas veces debido al estado del mismo

los cambios propuestos son prácticamente imposibles de aplicar.

Por ultimo durante el desarrollo del método plan es imprescindible tener en

consideración el trabajo que después se realizará en el área de diseños, encargados de

diseñar los troqueles a partir del método plan. Se ha de tener presente el trabajo que

van a realizar para así facilitarles la tarea lo más posible. Al igual que se tiene en mente

el área de diseño, se ha de tener en cuenta los consejos de las personas que trabajan

en el taller, ya que son ellos los que verdaderamente consiguen obtener la pieza final

correcta.


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3.3. Beneficios

3.3.1. Contribuciones científico-técnicas. Plan de difusión

La empresa es la principal beneficiaria de este proyecto. En primer lugar por la

realización de un método plan y por otro lado por la descripción realizada en este

Trabajo Fin de Master del mismo. El departamento que más se beneficia de este

trabajo es el área de I+D ya que con este proyecto se ha realizado una guía explicativa

de todos los conocimientos que son necesarios conocer para poder desarrollar un

buen trabajo en la empresa. Esta área podrá a través de este documento proporcionar

los conocimientos de troquelería básicos y necesarios a las personas que comiencen a

trabajar en la empresa., siendo de especial ayuda a aquellas personas que se dirijan a

trabajar al departamento de ingeniería.

3.3.2. Contribuciones económicas. Plan de explotación.

Como ya se ha dicho anteriormente la consecución del proyecto conlleva a la empresa

a obtener contribuciones económicas por el mismo. Además al tratarse de una pieza

complicada y siendo la obtención de la misma la especialidad de la empresa, los

beneficios que se esperan obtener son altos. Es por ello que uno de los objetivos

principales de la empresa es obtener un cierto número de pedidos al año de piezas

como esta, además de piezas de piel y refuerzos.


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4. METODOLOGÍA

A continuación se pretende detallar todos los pasos que se han seguido para la

obtención del método plan de una pieza. Para ello se va a dividir este apartado en

subapartados con el fin de ordenar la información y seguir un orden cronológico del

proyecto.

4.1. Pieza a realizar

En primer lugar se va a describir la pieza final que se quiere obtener en este proyecto.

Se trata de un lateral de un automóvil, concretamente es el modelo 3008 de la

conocida marca Peugeot. A continuación se destacan los datos más importantes a

tener en cuenta a la hora de realizar el método plan de esta pieza.

Imagen 2: Lateral izquierdo

En primer lugar hay que tener en cuenta que hay que realizar dos piezas por vehículo.

Además estas no serán del todo simétricas ya que una de ellas llevará incorporado el

tapón de gasolina. A parte de esta diferencia pueden existir otras zonas que no sean

completamente iguales. El cliente siempre proporciona la definición numérica de

ambas piezas. El software Catia permite verificar la simetría entre ambas a través de


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una licencia específica para esta tarea. En primer lugar se escoge una de las dos partes

y se aísla de la otra pieza y mediante el comando “Healing Assistat” se comprueban las

superficies. Este es siempre el primer paso a realizar en el método plan. En este caso se

ha comprobado que son exactamente simétricas a excepción de la zona del tapón de

gasolina.

Imagen 3: Lateral derecho

Imagen 4: Zona de la pieza no simétrica

Simplemente contemplando la pieza ya se puede comenzar a pensar en la cantidad de

operaciones que serán necesarias para la obtención del elemento final. En base al

know-how de la empresa se pueden estimar unas cinco operaciones teniendo en

cuenta en esta cifra la operación encargada de obtener el cortante desarrollo. A esta

operación le seguirían una embutición, dos cortantes y finalmente una de calibrado de

la pieza. Más adelante se verá si esta estimación inicial es así realmente o hace falta

añadir o eliminar alguna de las fases descritas.

En este tipo de piezas cabe destacar algunas zonas que resultan más dificultosas que

otras a la hora de conformarlas. Se puede intuir en cuales de ellas será necesario el uso

de carros. Estos son unos elementos móviles que permiten conformar la pieza en

zonas donde existen contrasalidas. Cuando se trata de conformar la pieza los carros

están compuestos de dos elementos. Por un lado está el carro la parte en la que se

A

A


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monta el taco de calibrado y por otra parte está el contracarro que permite la

extracción de la pieza una vez conformada, de forma que se despliega a la hora de

conformar la pieza y se retira hacia dentro cuando se extrae la pieza del troquel. Los

elementos que se encargan de desplazar los carros se denominan lanzaderas y estas

pueden ser impulsadas por el movimiento vertical de la prensa o por motores

auxiliares. Las lanzaderas quedan fuera de estudio de este trabajo fin de master, ya

que son las personas del departamento de diseño los encargados de definirlas.

Imagen 5: Carro lineal

Los carros se utilizan para trabajar en direcciones diferentes a la vertical del troquel.

Estos se pueden usar tanto para conformar o reembutir como para cortar. En la

Imagen 6 se puede ver un ejemplo de geometría que no se podría conformar de forma

vertical. Esta geometría forma parte de la pieza a estudio. Se trata de un corte

realizado en la zona superior del lateral.

Imagen 6: Corte A-A

Otro de los aspectos fundamentales a tener en cuenta es el “springback” o

recuperación elástica. Este se analiza mediante el software Autoform, en el que a

través de la simulación de las condiciones de conformado permite conocer el valor del

“springback” en cada una de las superficies de la pieza. Normalmente, para comenzar

Lanzadera

Carro Macho

Chapa

Contracarro


18

a trabajar se estima que la recuperación de los doblados es aproximadamente de 3

grados. Por tanto, hay que dar 3 grados de más en las zonas en las que se prevé que va

a existir recuperación elástica.

Imagen 7: Recuperación elástica

4.2. Cuaderno de cargas

Este proyecto comienza con el cuaderno de cargas. Este es un documento Excel en el

que se detallan todos los puntos que se acuerdan con el cliente con el fin de ordenar la

información más importante y tenerla toda a mano en un documento organizado. A

continuación se detallan los datos más importantes que se completan en el

documento y de los que se hará uso durante el transcurso del proyecto.

En primer lugar se rellenan datos básicos del proyecto. Entre ellos destacan el número

de proyecto, el número de gamas y los responsables de gestión, ingeniería y diseño así

como el tipo de embutidor. En este caso se trata de un lateral y por tanto tendrá pieza

izquierda y derecha. En cuanto al embutidor es un simple efecto lo que implica que el

punzón junto con el pisador estarán situados en la zona inferior y la matriz en la zona

superior.

Tabla 1: Cuaderno de cargas


19

El cuaderno de cargas continúa con una serie de datos a rellenar que se dividen en los

siguientes apartados. En las normas del cliente el dato a destacar es el ancho de

bobina. Este es un parámetro clave de cara al presupuesto del proyecto ya que el

precio de la bobina se dispara a partir de un cierto valor. Cuanto más estrecho sea más

económico resulta. En este momento se puede hacer una estimación de su valor, sin

embargo el ancho de bobina final se determina una vez que se tiene el tamaño del flan

inicial.

A este parámetro le sigue la definición de prensas. Aquí se describen las prensas que

posee el cliente y las que finalmente serán las encargadas de producir las piezas. Es

necesario conocer sus datos más destacados para la realización del método plan. Por

una parte se tendrá en cuenta la existencia de velas tanto en el embutidor como en las

prensas encargadas de las siguientes operaciones, si existe transferización y por otro

lado los valores de esfuerzos y carreras de las prensas en cuestión. Normalmente el

cliente presenta dos alternativas de líneas de prensa y en este documento se dan los

datos de la línea principal. Estos datos se obtienen de un documento PDF que el cliente

manda con todas las características de la prensa.

Tabla 2: Datos de las prensas del cliente

A continuación le siguen una serie de datos que definen el software que se va a utilizar

para la realización del proyecto. En este caso se realizará la simulación de todas las

operaciones en Autoform, en su versión R3 y para el método plan se hará uso de Catia

V5 versión R22. Para la presentación de informes se utilizará en formato PDF. La pre-

gama se enviará en PowerPoint y las fichas de riesgo en Excel.

Se definen tambien una serie de datos básicos que es necesario conocer para

comenzar con el método plan. Asimismo se especifican las operaciones que se serán

necesarias realizar de forma definitiva. Se definen tanto el número de operaciones

como el objetivo de cada una de ellas.



20

Como se puede observar en la imagen esta pieza no lleva engatillados por tanto no

tendrá pestañas en su contorno. En el plano de la pieza se definirán las tolerancias

tanto dimensionales como geométricas. En este caso la pieza con la que se va a

trabajar es la derecha, la que incorpora el tapón de gasolina. Otro de los datos

relevantes en el método plan es el aprovechamiento de la chapa ya que viene ligado

con el presupuesto del proyecto. El objetivo es siempre maximizar este valor todo lo

posible. El cliente proporciona un valor de aprovechamiento de chapa límite, en este

caso de un 40,85%. Sin embargo Matrici siempre intenta aumentar este valor para ello

se realizarán más adelante unos cálculos que permitirán conocer el porcentaje de

aprovechamiento teniendo en cuenta el proceso elegido para la obtención de la pieza

final. También se define la prensa que realizará el cortante desarrollo si es que lo hay,

en este caso sí.

Tabla 4: Operaciones a realizar

En la Tabla 4 se muestra la operación que se realizara en cada una de las prensas y la

nomenclatura elegida. Típicamente se denomina OP20 a la operación de embutición y

se deja OP10 para el cortante desarrollo. Las siguientes operaciones se nombran en

orden desde la OP30 hasta el final. En este caso se puede apreciar que existen 6

puestos, sin embargo todo apunta a que se realizarán cinco operaciones dejando la

última estación vacía. Normalmente es la última siempre la que se queda sin trabajar

siempre y cuando no sea necesario establecer una estación vacía intermedia porque se

precise girar la chapa o hacer algún movimiento extra sobre ellas. Resumiendo la

información, se establece una operación de embutición tras el cortante desarrollo y a

estas le siguen una operación de corte y conformado otra cortante conformador

doblador y punzonador, donde se hará uso de carros, y finalmente una operación de

corte punzonado y conformado.

Los siguientes parámetros a definir en el cuaderno de cargas son los necesarios para

realizar la simulación de las operaciones en el software Autoform. Hay que especificar


21

el material de chapa, su espesor y resistencia máxima; la altura de embutido; y el

recogido máximo del formato. También es necesario definir el tipo de freno que se

usará en la operación de embutición.


Finalmente se recogen todos los sellos que son necesarios estampar en la pieza, como

son los sellos de control, con los que se verifica que la embutición se ha realizado

correctamente, el anagrama del coche y el sello fechador, que como su propio nombre

indica marca la fecha de fabricación de cada pieza. En la Imagen 8 se pueden ver el

logo de la marca y el sello fechador que exigen insertar en la pieza.

Imagen 8: Anagrama del coche y sello fechador

Asimismo, se agrupan los datos necesarios para la realización de las operaciones de

corte como los ángulos de corte tanto de los retales, como de los punzonados y la

dimensión de las tolvas de las prensas que permiten evacuar los retales de la pieza.

También se define la norma a utilizar para los empalmes de corte. Estos se sitúan entre

cortes contiguos que se realizan en operaciones diferentes. Su objetivo es realizar un

corte limpio en ambas operaciones y evitar retales con puntas agudas de forma que

sean más seguros para trabajar por el operario que los manipula. Esto se verá más

adelante, en la operación 30 encargada de realizar los cortes.

Imagen 9: Norma de empalmes de corte


22


4.3. Estructura de árbol de Matrici

A continuación se pretende describir la estructura de árbol que se sigue en Catia para

la realización del método plan. Algunos clientes fuerzan a la empresa a usar su propia

estructura de árbol, sin embargo este no es el caso. Cuando el cliente no tiene definido

un método de trabajo concreto se apoya en la estructura de trabajo de Matrici.

En la Imagen 10 se puede ver una estructura típica, la cual está liderada por un Product

que engloba otros dos. Cada uno de ellos tiene en su interior la pieza, el primero la

parte derecha y el otro la simétrica. Estos tienen a su vez otros Product los cuales

contienen las fases que se siguen para la consecución del proyecto.

Imagen 10: Estructura del árbol

Product principal

Pieza izquierda

Pieza derecha

Operaciones


23

A parte de los Product que definen las operaciones existes otros dos, los cuales se

explican a continuación.

Imagen 11: Parte de la estructura del árbol

En primer lugar está el Product “Numerical Deficition”. En él se mete la superficie que

te proporciona el cliente de la pieza, la cual será el objetivo final del método plan. En

algunas ocasiones estas superficies no vienen bien definidas ya que se han encontrado

casos en los que las piezas no son completamente continuas en tangencia. En estas

ocasiones hay que arreglar la pieza de forma que se eliminen esas discontinuidades,

pero sin alejarse demasiado de la definición de pieza del cliente. Estos arreglos se

llevan a cabo en este mismo Product.

Existe un procedimiento a través del cual se comprueba la continuidad de las

superficies y se detectan aquellas que no cumplen los requisitos para continuar con el

siguiente paso. Una vez detectadas se sanean y se unen todas de forma que entra

todas ellas formen la pieza final sin discontinuidades en tangencia, respetando siempre

las líneas de estilo del coche, que no son nunca continuas en tangencia.

Además de la superficie de la pieza se define la dirección del material, es decir la

dirección a la cual se aporta el espesor de chapa, y el eje del coche. Normalmente este

se define con el z vertical y la y hacia el copiloto.


24

Imagen 12: "Numerical definition"

El siguiente Product lleva el nombre de “Construction Definition” y como su propio

nombre indica se introducen en él todas los construcciones auxiliares necesarias para

la obtención de la pieza final. Un ejemplo de estas construcciones son las piezas que

van engatilladas a su refuerzo. Muchas veces llegan piezas de piel que van unidas

mediante pestañas al refuerzo. Estas piezas salen del proceso de estampación con las

pestañas desplegadas, sin embargo la superficie proporcionada por el cliente lleva las

pestañas en su posición final, es decir, después del engatillado. El objetivo de este

Product es recoger las operaciones necesarias para desplegar las pestañas de forma

que quede la pieza objetivo. En este caso, la pieza no va engatillada, por tanto no se

realiza ningún tipo de operación en este Product.

Dirección del material

Posicionamiento de ejes

Arreglos de superficie


25

Imagen 13: "Construction definition"

En los siguientes Product se definen las operaciones de cada una de las fases. Estas se

enumeran desde la OP10 hasta la OP50. El nombre que se le da a cada una de ellas

viene definido en este caso por Matrici ya que se está trabajando con su árbol de

operaciones, pero este nombre podría cambiar si el cliente así lo desea. La primera

operación es un cortante desarrollo, la segunda es la embutición y las demás son de

corte y conformado como ya se ha especificado anteriormente. Más adelante se

mostrará detalladamente el orden que se ha seguido para el cumplimiento de cada

una de las operaciones.

4.4. Pregama

Una vez recopilada la información más importante del proyecto se realiza la pregama.

La realización de la pregama es uno de los subobjetivos del proyecto. En ella se

pretende definir el número de operaciones y el fin de las mismas. Una estimación de

esto se ha realizado ya a la hora de rellenar el cuaderno de cargas. En este momento

se detallan algo más esas operaciones decidiendo que retales se van a cortar en cada

operación y que partes de la pieza se conforman.

Como ya se ha especificado anteriormente en la primera operación se realiza una

embutición. Y tras ella se especifican los retales de cada una de las siguientes

operaciones. En la se puede ver una estimación inicial de los retales que serán

retirados en las operaciones. No es común que la pregama diseñada coincida

exactamente con el resultado que finalmente se dará.

Construcciones auxiliares


26

Imagen 14: Retales de la OP30 en azul y de la OP40 en rojo. Cuchillas de retal en verde.

Tras redefinir las operaciones a realizar en cada fase se vuelve a la embutición con el

fin de realizar una simulación de la misma haciendo uso del software Autoform. El

objetivo es comprender como se comporta el material elegido y construir un conjunto

de macho, pisador y matriz con una geometría lo más parecida a la geometría final. De

este modo se tendrá una idea de las zonas conflictivas de embutición y se podrá

adelantar parte del trabajo a realizar después. Además gracias a esta simulación se

pueden rellenar fichas de riesgo. Estas sirven para pedir al cliente de forma oficial

pequeños cambios en la pieza final que hacen que la embutición resulte más sencilla o

incluso posible. Una vez identificadas las zonas conflictivas se puede trabajar sobre

ellas realizando diferentes modificaciones en frenos, en el pisador, etc. Las geometrías

de macho, pisador y matriz se realizan directamente en Autoform a partir de la

importación de la pieza final. Estas superficies generadas en Autoform nos dan una

aproximación de la geometría que hay que construir en Catia, ya que son estas las

finalmente válidas para la consecución del proyecto.

A parte de realizar la simulación de embutición es necesario calcular los valores de las

fuerzas en cada una de las operaciones diseñadas. Por tanto se calcula la fuerza de

embutición para la operación 20 y las fuerzas de corte, conformado y doblado para las

demás operaciones.

4.4.1. Simulación

El software Autoform permite simular lo que ocurriría en la realidad dentro del

troquel. Asimismo se tiene la posibilidad de introducir las herramientas importadas de

Catia y darles la cinemática del proceso metiendo los esfuerzos de embutición, corte y


27

conformado requeridos en cada ocasión. Además de esto, se puede introducir la

geometría inicial de la chapa así como su dirección de laminación y las características

del material. En la Imagen 15 se muestran las características principales del material

específico de este proyecto.

Imagen 15: Características del material

Dentro de todos los parámetros que ofrece Autoform para la valoración de la pieza al

final de la simulación en la empresa se tienen en cuenta los que se muestran a

continuación a la hora de verificar la validez de la embutición. Estos parámetros

pueden variar dependiendo del cliente, pero en este caso se han usado los estándares

por los que se rige Matrici ya que son más restrictivos que los presentados por PSA.

Formability

Lo primero a destacar es el diagrama FLD. Este muestra el estado de todos los puntos

de la pieza después de la embutición. Se trata de la relación existente entre la

deformación principal (𝜀1) y secundaria (𝜀2).

Imagen 16: Diagrama FLD


28

La curva FLD depende del material de la pieza. En él se pueden distinguir claramente

tres zonas. Los puntos recogidos en la primera zona son aquellos que superan la curva

FLD, lo que se traduce en una rotura de la pieza. Estos serán aquellos puntos que

primero habrá que reparar.

La segunda zona es una zona marcada por el cliente o por Matrici, como ya se ha dicho

se coge siempre la más restrictiva. Estos puntos sobrepasan aproximadamente un 80%

de la curva FLD, por tanto también son objeto de mejora, aunque sin tanta urgencia

como los puntos de la zona 1. Algunas de las opciones que se tienen para mejorar

estos puntos son un cambio en el pisador, en el addendum, en los frenos o en la altura

de embutición.

Por último esta la zona 3, en la que caen los puntos que no presentan problemas en

cuanto a roturas, sin embargo habrá zonas donde se puedan tener problemas de

arrugas o falta de estiramiento.

Siguiendo con la gama de colores que presenta el diagrama FLD se muestra la

formabilidad de la pieza una vez embutida. Se puede ver como la superficie que

finalmente será pieza está completamente dentro de los límites de formabilidad.

Claramente también se pueden diferenciar las arrugas generadas en todo el contorno.

Estas no forman parte de la pieza final, sin embargo pueden ocasionar daños en las

herramientas, haciendo que su vida útil se reduzca. Es por ello que es recomendable

disminuir esos pliegues. Otro de los puntos críticos de los laterales son los medallones.

Estos tienen tendencia a romper por las esquinas. Una de las soluciones a este

problema es la disminución de la altura de embutición.

Imagen 17: Formability


29

Thinning

El adelgazamiento está directamente relacionado con la formabilidad. Para su

visualización también se tiene una gráfica con tres zonas diferenciadas. En este caso de

cumple que 𝜀1+𝜀2+𝜀3=1, siendo 𝜀3 el adelgazamiento. Por tanto se tiene que el

adelgazamiento es la suma de la deformación principal y secundaria.

𝜀3 = −(𝜀1 + 𝜀2)

Imagen 18: Diagrama de adelgazamiento

Las zonas de los adelgazamientos se dividen exactamente igual que las de la

formabilidad. Otra de las opciones para observar la variación del espesor de chapa es

el comando de thinning, en el que se muestra el valor del mismo teniendo en cuenta

que el valor inferior de la escala corresponde al máximo adelgazamiento permitido (-

0.25) y el valor superior el mínimo adelgazamiento requerido (-0.02) para considerar la

pieza válida y suficientemente estirada.

Las zonas en negro de la pieza son aquellas que no han adelgazado lo suficiente. Es

completamente lógico que se correspondan con las zonas en las que es probable que

aparezcan arrugas y por tanto exista una compresión. Por otro lado las zonas naranjas

tienen un adelgazamiento más notable y coinciden con zonas de posibles roturas como

ya se ha explicado en la zona de los medallones.


30

Imagen 19: Thinning

Plastic Strain

Este comando calcula la deformación plástica acumulada del material. Los límites de

los valores de la escala dependen de si se trata de una pieza de piel o estructural. En

este caso al tratarse de una pieza combinada, se coge la opción más restrictiva. Para

dar la pieza por válida se debería sobrepasar el valor de 0,04. Existen bastantes zonas a

arreglar que coinciden parcialmente con las zonas en las que no hay suficiente

adelgazamiento.

Imagen 20: Plastic Strain

Minor Stress

La variable minor stress muestra los valores mínimos de la tensión principal causada


31

por el proceso de embutición. Aquellas zonas que se encuentren por debajo del punto

de fluencia del material no estarán lo suficientemente estiradas y podrán aparecer

arrugas.

Se garantiza que existe un defecto cuando el gradiente supera los 200 MPa, hay ruesgo

de defecto cuando el gradiente se encuentra entre 150 y 200 MPa y no aparecerá

defecto si el gradiente es inferior a 150 MPa. Todos estos valores se tienen que dar a

una distancia menor o igual a 150 MPa. Un gran contraste indica dónde aparece el

defecto de aspecto pero no hacia dónde puede propagarse o cuál es su valor.

En este caso se puede observar como a lo largo de todo el borde existe zonas de

defecto garantizado durante la embutición ya que las arrugas generadas en el flan se

trasladan a la pieza. El próximo paso consistiría en mitigar estas arrugas y hacer que

finalmente desaparezcan.

Imagen 21: Minor Stress

Corrimientos de líneas

En piezas de aspecto este paso es fundamental cumplirlo. Hay que tipos de líneas a

controlar durante la embutición. Las líneas de macho que son aquellas que marcan el

estilo de la pieza también denominadas líneas de estilo. Hay que garantizar que estas

líneas no se muevan ya que generarían problemas de aspecto en las piezas ya que

siempre están sobre piezas de piel. Después la línea de entrada a matriz que es la línea

que se ha de controlar que no entra en pieza vista y por último las líneas de freno que

también hay que asegurar que no entren en pieza.

Autoform es capaz de simular el movimiento de estas durante la embutición. Como se

puede ver en la Imagen 22 la primera línea se trata de la línea de entrada a matriz. Se


32

puede apreciar como la línea sube sin llegar a la zona que finalmente será pieza. En la

siguiente imagen se muestra una línea de estilo. Cuyo desplazamiento máximo es de

14mm. Este valor es mejorable. Para conseguir que estas líneas no se muevan es muy

importante tener en cuenta como golpea el pisador la pieza. Hay que procurar que

estas líneas sean las primeras que entran en contacto con el macho.

Imagen 22: Corrimientos de linea (arriba línea de entrada a matriz y abajo línea de estilo)

Surface defect height

Este parámetro muestra posibles defectos superficiales debidos a posibles arrugas y mide la altura de las mismas tras compararlas con la pieza sin arrugas. La variable está definida para aquellas áreas de la pieza donde no es posible analizar la existencia de arrugas debido a que están entre dos herramientas, como la zona entre pisador y matriz. En la Imagen 23 se puede apreciar la presencia de las mismas.

Imagen 23: Aparición de arrugas en zona entre pisador y matriz


33

Aprovechamiento de chapa

Imagen 24: Aprovechamiento de chapa

La simulación permite definir el flan inicial y una vez simulado calcula cual ha sido el

consumo del mismo durante la embutición. Así se puede comprobar que se cumple la

norma de cliente referente a la cantidad de chapa que debe sobrepasar el primer freno

además del aprovechamiento mínimo que exigen. De esta manera se puede ajustar el

flan inicial permitiendo al cliente ahorrar en la compra de chapa y por tanto

aumentando así sus propios beneficios.

Además de hacer uso del software Autoform, se ha de calcular el aprovechamiento de

la chapa a través de unos cálculos básicos. En primer lugar se calcula el área de la

chapa realizando el producto entre el ancho de bobina por el paso de banda.

En este caso:

𝐴 = 5323580 𝑚𝑚2

Después de obtiene en área de pieza con todos los punzones tapados.

En este caso:

𝐴 = 2,15 · 106𝑚𝑚2

Con estas dos áreas y conociendo la densidad del material y el espesor de chapa, se

obtiene la masa tanto de la chapa inicial como de la pieza.

Por tanto el aprovechamiento es:

𝐴𝑉 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑝𝑎= 40,41%


34

APROVECHAMIENTO

Aprovechamiento % 40,41 %

Masa Flan 41,84 Kg

Masa Pieza 10,99 Kg

Tabla 7: Aprovechamiento de material

4.4.2. Fuerzas de embutición

Para el cálculo de la fuerza de embutición por un lado se calcula la fuerza del macho y

por otra la fuerza del pisador. La suma de ambas fuerzas da como resultado la fuerza

total de embutición.

Fuerza del macho

Para su cálculo se hace uso de la siguiente formula.

𝐹𝑝 = [(𝑅𝑚 ∗ 𝑒 ∗ 𝐿 ∗ &)]

Siendo

Rm, la resistencia a tracción del material

e, el espesor de chapa

L, la longitud de las aristas del macho

&, el parámetro de Lanckford, que depende únicamente del material

La fórmula a través de la cual se obtiene el parámetro de Lankford es la que se

muestra a continuación.

& =√1 + 2𝑟

(1 + 𝑟)2∗ 𝑟

Siendo:

𝑟 =𝑟0 + 2𝑟1 + 𝑟2

4

Los r0 r1 y r2 los parámetros de Lankford que se obtienen de las características del

material. En este caso tienen los siguientes valores.

𝑟0 = 1,87 𝑟1 = 1,45 𝑟2 = 2,04

Por tanto:

𝑟 =𝑟0 + 2𝑟1 + 𝑟2

4= 1,7025

& =√1 + 2𝑟

(1 + 𝑟)2∗ 𝑟 = 0,48925


35

Con todo esto se obtiene que el esfuerzo de macho de 851 tn, un valor esperable al

tratarse de un lateral.

Fuerza del pisador

El esfuerzo del pisador se divide a su vez en dos fuerzas. Se trata de la suma de la

presión de enclavamiento de los frenos más la presión de pisado.

La presión de pisado se calcula a través de la siguiente fórmula.

𝐹𝑠 = (𝑆𝑓 − 𝑆𝑝) ∗ 𝑈

Siendo

Sf, la superficie del flan

Sp, la superficie del macho

U, una variable dependiente del espesor de chapa.

En este caso al tratarse de una chapa de 0,65 mm de espesor, el parámetro U tiene un

valor de 2,69. Por tanto obteniendo el valor de las superficies de Catia se obtiene una

fuerza de pisado de 89 tn.

La presión de enclavamiento hace referencia a la presión que ejercen los frenos en la

chapa. Se ha estimado gracias a la experiencia de los trabajadores de la empresa que

su valor se calcula de la siguiente manera.

𝑃𝑒 = 7 ∗ 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑛𝑜 (𝑚) ∗ 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑠

La presión de enclavamiento en este caso toma un valor de 240 tn.

Por tanto la suma de ambas, da como resultado la presión de pisado total en la

operación de embutición, que es de 329 tn.

Finalmente se tiene que el esfuerzo total de embutido es de 1180 tn.

𝐹 = 𝐹𝑠 + 𝐹𝑝 = 329 + 851 = 1180 𝑡𝑛

El valor del esfuerzo de pisado se introduce en el software Autoform, que es capaz de

realizar la simulación de la embutición y además dar aviso de si ha sido necesaria el

aumento de la fuerza de pisado. Asimismo calcula que porcentaje supone la fuerza de

enclavamiento y la de pisado. Normalmente la relación que se ha de mantener es un

40% de enclavamiento y un 60% de pisado.

4.4.3. Fuerzas de corte y conformado

Para las fuerzas de corte y conformado se ha de calcular para cada uno de los cortes la

fuerza necesaria. Se divide la operación en cada uno de los cortes que tiene, sea el

corte vertical o mediante carro. Para la obtención de estas fuerzas es necesario tener


36

el MP ya avanzado para obtener los datos necesarios del mismo.

Se comienza por la operación 30 que contiene cuatro cortes, uno vertical y los demás

mediante carro. El cálculo de los mismos se realiza siempre igual, por tanto a

continuación se explicará el primero de ellos y se pondrán únicamente los resultados

de los siguientes.

Fuerzas de corte

Las fuerzas de corte se calculan sin considerar la cizalladura, lo que no es cierto, y da

un margen de seguridad importante a los resultados obtenidos. El esfuerzo de corte se

realiza mediante la siguiente formula.

𝐹𝑠𝑣 = 𝐿 ∗ 𝑒 ∗ 𝑅𝑚 ∗ 𝐾

Donde

L, es la longitud de corte

e, es espesor de chapa

Rm, la resistencia mecánica del material

K, un parámetro dependiente de la resistencia mecánica del material

Esta fuerza se divide en dos, por una parte se calcula la fuerza necesaria para el corte

de los retales y por otro lado la fuerza necesaria para el corte de los punzones.

𝐹𝑐𝑝𝑠𝑝1 = 𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒 sin 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜 = 𝐿1 ∗ 𝑒 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾 = 526 𝑡𝑛

𝐹𝑐𝑝𝑠𝑝2 = 𝑃𝑢𝑛𝑧𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 sin 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜 = 𝐿2 ∗ 𝑒 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾 = 2 𝑡𝑛

El esfuerzo que realiza el pisador durante el corte de retales se considera un 5% de la

fuerza necesaria para el corte y un 10% para el corte de punzones. Por tanto las

fuerzas de pisado serán:

𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 5% 𝑑𝑒 𝐹𝑐𝑝𝑠𝑝1 = 𝐿1 ∗ 𝑒 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾 ∗ 0,05 = 21 𝑡𝑛

𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑢𝑛𝑧𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 = 10% 𝑑𝑒 𝐹𝑐𝑝𝑠𝑝2 = 𝐿2 ∗ 𝑒 ∗ 𝑅 ∗ 𝐾 ∗ 0,10 = 1 𝑡𝑛

Debido a la experiencia de la empresa, se sabe que para una aproximación más certera

al valor real hay que multiplicar la fuerza del pisador de corte por dos. Teniendo en

cuenta esto, el valor del esfuerzo de corte vertical en la operación 30 tiene un valor de

528 tn y la de pisado 44 tn.

Esfuerzo de conformado

Para el cálculo del esfuerzo de conformado se realiza algo semejante. La fórmula para

el cálculo de los esfuerzos de conformado es la siguiente:

𝐹𝐶 =2

3(𝑒 ∗ 𝐿 ∗ 𝑅𝑚)


37

Siendo

L, longitud de conformado

e, espesor de la chapa

Rm, la resistencia mecánica del material de la chapa

El esfuerzo de conformado sin pisador es de 112 tn.

Para obtener el esfuerzo de pisado, por su parte, basta con considerarlo un 16% del 𝐹𝐶

en conformados comunes. Sin embargo, en ciertas zonas críticas de la pieza, como por

ejemplo la zona del agujero del tapón de gasolina, la experiencia recomienda utilizar

un 50% del 𝐹𝐶 para lograr unos resultados óptimos y un 25% en operaciones de

reembutido. En este caso la fuerza del pisador debido al esfuerzo de conformado es:

𝑃𝑖𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜𝑟 = 0,16 ∗ 𝐹𝑐𝑠𝑝 = 0,16 ∗ 112 = 18 𝑡𝑛

Debido al know-how, se sabe que para una aproximación más cercana al valor real hay

que multiplicar la fuerza del pisador de corte por tres. Teniendo en cuenta esto, el

valor del esfuerzo de conformado en la operación 30 es de 112 tn y la de pisado 54 tn.

Esfuerzos de doblado

Este cálculo se realiza de la misma manera que el anterior, sin embargo para el

esfuerzo de pisado basta con aplicar un 5% del esfuerzo que se obtenga en el doblado.

En este caso no hay doblados verticales en la operación 30 por tanto su valor es cero.

Realizando la suma de todas las fuerzas se tiene el esfuerzo del trabajo útil es de 637

tn y el de pisado de 97 tn.

Por tanto siguiendo el mismo procedimiento para las operaciones que se realizan en

los 3 carros que componen la OP30, se obtiene el esfuerzo que se realiza en la OP30

para el corte y conformado de la pieza, tal y como se muestra en la tabla inferior.

ESFUERZOS OP30 Pisado

Vertical 97 637 tn

Carro 1 0 5 tn

Carro 2 0 5 tn

Carro 3 1 11 tn

TOTAL 99 657 tn

Tabla 8: Esfuerzos de la OP30

Para las siguientes operaciones el camino a seguir sería el mismo, con los resultados

que se muestran a continuación.


38


Vertical 20 105 tn

Carro 1 55 128 tn

Carro 2 0 1 tn

Carro 3 0 1 tn

Carro 4 11 35 tn

TOTAL 86 268 tn



Vertical 12 91 tn

Carro 1 1 4 tn

Carro 2 0 2 tn

Carro 3 0 3 tn

Carro 4 0 3 tn

Carro 5 0 3 tn

Carro 6 0 3 tn

Carro 7 0 3 tn

Carro 8 0 3 tn

Carro 9 0 3 tn

Carro 10 0 1 tn

Carro 11 0 1 tn

Carro 12 0 1 tn

Carro 13 1 5 tn

Carro 14 4 47 tn

Carro 15 2 22 tn

Carro 16 1 9 tn

Carro 17 0 1 tn

Carro 18 0 2 tn

Carro 19 0 2 tn

TOTAL 25 207 tn



39

4.5. Método Plan

4.5.1. OP10

Como ya se ha mencionado antes, la primera operación es un cortante desarrollo. Esta

se genera a partir de las líneas que te proporciona la simulación de la embutición en

Autoform. El objetivo de usar una chapa cortada previamente en vez de una chapa con

forma rectangular es la optimización del consumo de chapa. Como ya se ha

mencionado anteriormente este es un parámetro clave de cara al presupuesto. Una

forma de aprovechar mejor la chapa es utilizar los retales restantes para la producción

de piezas de menor tamaño, teniendo en cuenta que esas piezas van a tener que ser

del mismo material y espesor que la chapa utilizada para la fabricación del lateral. En el

caso de laterales a parte de los cortes que se realizan por la zona exterior, se hacen

cortes dentro de los medallones. Esto a parte de repercutir en el aprovechamiento del

material también permite liberar el material en esa zona y así dejar fluir el material

más libremente y controlar mejor su deformación. De esta manera se evitan roturas

del material en zonas indeseadas, ya que previamente rompes el material por mitad

del medallón, donde no existe pieza final.

Una vez que se importan las curvas que definen el cortante inicial desde Autoform, se

trasladan en horizontal hacia delante y hacia detrás con el objetivo de definir las líneas

de corte. Un constante desarrollo se obtiene de dos cortes diferentes. El primero retira

todos los retales tanto exteriores como interiores y el segundo separa el flan inicial de

la bobina.

Imagen 25: Cortante desarrollo importado de Autoform

Una vez se tienen los cortantes alineados se definen las líneas de corte. En primer

lugar se realizan los retales exteriores. Estos tienen que ser menores que el tamaño de

la tolva encargada de retirar los retales. Para cumplir con este objetivo se traza una

circunferencia del tamaño de las retaleras, en este caso de 900mm con el objetivo de

comprobar que los retales diseñados entran dentro de esa circunferencia.


40

Imagen 26: Cortante desarrollo

En la Imagen 26 se puede ver la fluencia de la bobina y como va generando el cortante

desarrollo. La bobina entra por la izquierda y sale ya cortada por la derecha. Como ya

se ha mencionado, para obtener un cortante desarrollo se necesitan dos golpes de

prensa. En el primer corte se realizan los agujeros número 1, 2, 3, 4 y 5. Estos tienen

que entrar dentro de las tolvas de salida de retales. Para ello se comprueba con una

circunferencia si su tamaño es correcto. Del corte número 3 hay que destacar un

pequeño corte hacia la izquierda cuya finalidad es no generar retales con aristas vivas

con el objetivo de que no atascar las retaleras y evitando la acumulación material que

pueda dañar piezas posteriores. Asimismo los retales exteriores se alargan 30mm para

asegurar que las cuchillas llegan al contorno. Cabe destacar que en cortes consecutivos

realizados en operaciones continuas como en este caso tienen que llevar desahogos.

La norma a cumplir para el diseño de estos desahogos se muestra a continuación junto

con la imagen ampliada de uno de los cortes. El objetivo principal de estos es generar

cortes limpios.

Imagen 27: Norma desahogos y aplicación en CATIA

Estos serán los retales a retirar en el primer golpe, mientas que en el segundo se

seccionan los retales restantes para dividirlos en retales más pequeños. Además para

separar un cortante desarrollo del siguiente se traza una línea sinuosa a través de la

cual se corta. Su geometría se justifica por la mejora que se consigue respecto al

1

2

3

4 5


41

consumo de chapa.

Imagen 28: Corte de los flanes

Esto es debido a la norma que define la cantidad de chapa que tiene que quedar

después de la embutición hacia fuera del freno. Generalmente esta cantidad es de 5

mm como se puede ver en la Imagen 29. Sin embargo algunos clientes permiten una

variante de la norma de forma que la chapa entre y salga del freno cumpliendo la

norma en las zonas en las que la chapa quede hacia fuera. Por tanto el ahorro de chapa

que supone esto es la distancia entre los máximos y mínimos de la curva. En este se

consiguen ahorrar 20mm de chapa en cada flan.

Imagen 29: Norma de construcción de frenos

4.5.2. OP20

Esta es la operación más importante de todo el proceso. El objetivo principal de esta

operación es conseguir obtener la mayor parte de la pieza final posible. El proceso de

embutición consta de una matriz, un macho y el pisador. Se trata de estirar la chapa

controlando su deformación durante el proceso a través del pisador que mantiene el

flan mientras que el conjunto macho matriz se encarga de dar la forma a la chapa. En

la Imagen 30 se muestra un esquema del proceso.


42

Imagen 30: Proceso de embutición

Este proceso comienza partiendo de la pieza final y definiendo que zonas son las que

obtendremos de esta operación. En primer lugar se posiciona la pieza. Para ello hay

que definir el “tipping point”. Este eje tiene como fin definir la dirección de embutición

de la forma más adecuada posible y en la dirección en la que existan las menos

contrasalidas posibles. En primer lugar se define el origen de los ejes calculando el

centro de gravedad de la pieza.

Imagen 31: Medida del CDG de la pieza

Estos valores se redondean y se define el origen del “tipping point” en este punto. Se

giran los ejes y se ponen de forma que quede el eje z vertical. La correcta dirección del

tipping point se verifica con un comando que tiene el software CATIA con el cual se

pueden identificar todas las zonas con contrasalidas. Variando el eje del “tipping point”

hay que conseguir que estas zonas sean las mínimas posibles para así poder obtener

de la embutición la mayor cantidad de superficies de la pieza que formen parte de la

pieza final. El posicionamiento del “tipping point” y la comprobación de su dirección

también se pueden realizar a través del software AUTOFORM.

Imagen 32: Verificación de la orientación del “tipping point”


43

Imagen 33: Detalle de la verificación de la orientación del "tipping point"

Las zonas verdes indican salidas buenas, mientras que las zonas rojas y azules indican

zonas de laminación y contrasalidas respectivamente. Es decir las zonas rojas están

entre 0 y tres grados con respecto al eje Z del “tipping point” mientras que las azules

tienen menos de 0 grados. Sin embargo, estas zonas no coloreadas de verde van a

desaparecer ya que son pestañas y zonas más específicas que se conformarán en

operaciones posteriores. A continuación se va a explicar los pasos que se siguen para la

realización de la operación 20.

En primer lugar se ha de llegar a la pieza que tendremos al final de la operación de

embutición. Para ello se eliminan las zonas anteriormente descritas y además se tapan

todos los orificios que queden al descubierto ya que en la operación de embutición no

se realizan ni cortes ni punzonados. En la Imagen 34 se puede ver como se han tapado

los punzonados y además se ha eliminado una de las pestañas en contrasalida en la

zona de la rueda.

Imagen 34: Tapado de agujeros y supresión de pestañas

A continuación se determina el pisador. Este se define de forma que resulte reglado, es

decir que tenga curvatura solo en uno de las direcciones. De esta manera se consigue

un mejor apoyo de la chapa en el pisador y se evita la deformación del flan únicamente

con la actuación del pisador que hace que la chapa se tensione antes de comenzar la

deformación del conjunto macho y matriz. Hay ocasiones en las que no queda más

remedio que realizar un pisador de doble curvatura, pero siempre es origen de


44

diversos problemas. La definición del pisador es la parte más complicada de la

operación 20, ya que una pequeña variación del mismo puede afectar mucho a la

embutición.

La definición del pisador se realiza en Autoform y se simula la operación con el diseño

realizado. Cuando la simulación obtenida ya es correcta se traslada la superficie al

software CATIA para realizar una superficie limpia y lo más cercana posible al pisador.

Este se corta por la superficie del cortante desarrollo y así trasladando esta superficie

en la dirección Z del tipping point se puede analizar en qué zonas de la pieza la chapa

toca en primer lugar y así se puede intuir el comportamiento de la misma. Esto

también será de utilidad a la hora de posicionar los agujeros de coordinación. En la

Imagen 35 se puede ver la actuación de la chapa.

Imagen 35: Descenso de la chapa

Como se aprecia en la Imagen 35 la chapa entra en contacto en primer lugar en la zona

del tapón de gasolina y se expande por la zona superior tocando antes la zona media

del pilar B. La última área en la que entra en contacto es la parte inferior de la pieza.

Antes de seguir con el pisador es necesario definir antes tanto el addendum como el

macho. La construcción del addendum da como resultado el macho del troquel. El

addendum es la combinación de un radio de entrada a matriz y un conjunto de

paredes inclinadas. Es importante que las paredes no sean verticales y tengan una

pequeña inclinación, que normalmente se decide bajo normativa, ya que tiene que

salir de forma sencilla de la embutición. En lo que respecta al tamaño del addendum

este tiene que ser lo más pequeño posible de cara al consumo de material pero lo

suficientemente grande como para estirar la chapa lo suficiente. En algunos casos hay

que aumentar su tamaño porque en operaciones posteriores se van a realizar cortes y

por tanto hay que dejar un espacio para que entren las cuchillas de corte con

suficiente holgura.


45

Imagen 36: Addendum (amarillo) y pieza (azul)

Para su construcción se ha dividido la pieza en varias zonas más pequeñas con el fin de

mantener el árbol de operaciones ordenado e ir uniendo las áreas poco a poco. Las

zonas sobre las que se va a operar son las dos puertas, el techo, el foco trasero, la

protección de la puerta, el portón, el paso de rueda y la ventana.

Puertas

Para los medallones se obtienen las superficies que forman el contorno de la puerta y

mediante operaciones de extrapolación y redondeo se consigue obtener el addendum

de ambas zonas. Para realizarlas se ha tenido en consideración la operación de corte

que se realizará después. De forma que se puedan realizar cortes verticales y así evitar

el uso de carros. Para ello se ha intentado dejar las superficies más cercanas a la línea

de corte lo más horizontales posibles, ya que hay que procurar que el corte sea lo más

perpendicular posible.

Imagen 37: Addendum en la zona de las puertas

Techo

Para la zona superior de la pieza hay que tener en cuenta que en la pieza final va

B

B


46

situada una pestaña. Por tanto en la operación de embutición se va a hacer un

addendum con una geometría similar a la pestaña de forma que luego sea más fácil su

corte y conformado. Como se ve en la Imagen 38 la pestaña se pliega hacia dentro

dejando al final una zona vertical. El addendum diseñado tiene una primera parte con

una dimensión igual a la pestaña final y un doblado inicial para orientar la parte final

de la pestaña. La dimensión de esta parte final tiene que ser tal que en operaciones

posteriores permita cortar de forma óptima.

Imagen 38: Pestaña de la pieza final (azul) y addendum generado (amarillo) en el corte B-B

Finalmente, el addendum de la zona superior queda tal y como se puede apreciar en la

Imagen 39.

Imagen 39: Addendum de la parte superior de la pieza

Foco trasero

En el foco trasero ocurre algo similar que en la zona anterior y es que existe una

pestaña que habrá que conformar en operaciones posteriores. Para realizar el

addendum se ha dado un redondeo hacia abajo y se ha alargado la superficie una

distancia similar a la longitud de la pestaña y finalmente se ha vuelto a dar un radio

dejando la superficie horizontal con el fin de evitar un carro y poder realizar un corte

vertical en la próxima operación. En la Imagen 40 se puede ver el addendum final y un


47

corte detallado donde se aprecia la pestaña que habrá que obtener de ese addendum.

Imagen 40: Pestaña y addendum en la zona del foco

Para la zona justo contigua se ha seguido la misma estrategia mientras que para la

zona de la rueda se ha diseñado una superficie que une todo el borde de la rueda con

el fin de obtener esta zona de la pieza en la embutición. Esto es posible por la

geometría de la pestaña, ya que en este caso son horizontales. Las pestañas verticales

que había en la zona de la rueda se eliminaron de pieza previamente a la embutición

puesto que se pretende obtenerlas en operaciones posteriores.

Imagen 41: Zona contigua al foco con la pestaña final (azul) y el addendum generado (rosa)

Imagen 42: Addendum del paso de rueda

Protección de la puerta

En este caso no se trabaja en el contorno de la pieza sino que en una zona interior.


48

Además de trata de una zona vista, por tanto cobra mayor importancia el aspecto final

de la pieza. Lo que se conoce como bananas, son unos aumentos de altura del macho

cuyo objetivo es proteger la pieza ante posibles defectos debidos a la compresión del

material en la zona. En estos casos aparecen arrugas en la pieza. Para evitar estas

imperfecciones, estos incrementos tienen el propósito de tocar antes la chapa que la

zona a proteger y así comenzar antes a estirar la chapa y acoplarla mejor a la

superficie. Además estos también se suelen usar en zonas donde se tienen radios

pequeños, pero no son líneas de estilo, como es el caso. En la siguiente imagen se

puede apreciar la construcción de los consumidores.

Imagen 43: Consumidor en la zona de pieza vista

Zona inferior

Para la zona inferior simplemente se ha copiado directamente la pestaña vertical con

el fin de obtenerla directamente desde la operación de embutición. En la pieza final

existe una pestaña de forma horizontal. En la operación de corte habrá que tener en

cuenta el contorno de la misma para seccionarlo por esa línea.

Imagen 44: Addendum de la zona inferior

Zona delantera

Para la construcción del addendum de la zona delantera cabe destacar la geometría en


49

la zona donde existe pestaña ya que se ha respetado su orientación para así obtenerla

de esta operación y además se ha procurado que sea posible realizar el corte de forma

vertical.

Imagen 45: Addendum de la zona delantera de la pieza

Ventana

En la ventana trasera se ha decidido diseñar un consumidor de chapa. Estos como su

propio nombre indica tiene la finalidad de estirar la chapa ya que es una zona en la que

sobra y se hace necesario el aporte de superficie de acople para que la chapa estire y

no se formen arrugas.

Imagen 46: Consumidor en el addendum de la ventana trasera

Finalmente, se unen todas estas zonas y se tiene como resultado el addendum de la

pieza. Estas superficies son clave para la correcta embutición de la pieza y tiene que

ser continua en tangencia al igual de la superficie de la pieza. Es conveniente que el


50

radio del addendum sea el mayor posible de forma que se eviten aristas vivas que son

muy difíciles de embutir de forma correcta y además debe tener la menor altura

posible ya que esto está directamente relacionado con el consumo de la chapa,

parámetro indispensable de controlar para satisfacer las necesidades del cliente y

además ahorrar de cara al presupuesto por la pérdida incontrolada de material. Sin

embargo tiene que haber un compromiso entre consumo y estiramiento de chapa.

Imagen 47: Addendum completo de la pieza a estudio

Una vez obtenida una simulación de actuación del pisador y se tiene el addendum

generado, se diseñan los tres pisadores que son necesarios para la embutición de esta

pieza. Se tendrá uno exterior y dos interiores de los medallones. Para su obtención de

corta la superficie que se ha obtenido por las curvas del addendum. En la Imagen 48 se

muestran los tres pisadores.

Imagen 48: Pisadores


51

Macho

Para conseguir la estructura del macho solo hay que unir la superficie de la pieza, a la

cual se le han eliminado las pestañas que no se obtienen de la operación de

embutición, con el addemdum construido anteriormente. Si la construcción del

addendum es correcta no quedarán huecos entre ambas superficies y resultara

continua en tangencia.

Imagen 49: Macho de la embutición

Matriz

Algo similar a lo anterior se realiza para la obtención de la matriz del troquel. Se une la

superficie del macho con el pisador. Así se asegura completamente que el

acoplamiento entre ambas es perfecto. En la siguiente imagen se puede ver el

resultado de la operación.

Imagen 50: Matriz de la embutición


52

Línea de entrada a matriz

La línea de entrada a matriz en la línea de intersección entre el pisador y la matriz, es

decir, se trata del primer punto de contacto de la chapa con la matriz. Su obtención se

realiza obteniendo el contorno del macho tanto por el exterior como por las zonas

interiores de las puertas. Este contorno quedará a la altura de la superficie del pisador.

Imagen 51: Línea de entrada a matriz

Frenos

Para los frenos como ya se ha explicado anteriormente se ha decidido junto con el

cliente construir frenos de escalón. Debido al know-how de la empresa en la

construcción de troqueles para la realización de laterales de automóviles, se ha

decidido incorporar un doble freno tanto en el borde exterior de la pieza como en las

zonas interiores de las puertas. Además de este doble freno se añade una línea más en

la parte superior e inferior.

Imagen 52: Distribución de los frenos (líneas en verde)

Para la construcción de los frenos es necesario seguir una normativa proporcionada


53

por el cliente. En este caso se ha decidido construir frenos de escalón. La línea definida

para la construcción del freno define la arista donde va a estar situado el escalón. Su

geometría viene definida por la norma que se muestra a continuación.

Imagen 53: Norma de construcción de frenos

Línea de estilo

Las líneas de estilo son aquellas curvas que definen el diseño del coche. Estas son una

de las partes fundamentales que constituyen la estética del vehículo, por tanto se

convierten en líneas clave de este proceso de fabricación. Estas siempre están en las

zonas vistas del automóvil. En este caso se tiene un lateral que es en parte una pieza

de estructura del coche y por otra parte también tiene zona vista. Esta área la forma la

zona entorno al orificio del tapón de gasolina.

Imagen 54: Línea de estilo

Como se puede apreciar en la Imagen 54 esta zona coincide con la parte no simétrica

de la pieza. Por tanto mientras que en la pieza izquierda la línea de estilo es continua,

en la derecha está dividida en dos por el tapón de gasolina. En este caso el macho y la

matriz de ambos lados serán completamente simétricos, ya que el tapón de gasolina se

comienza a conformar en la siguiente operación.

Finalmente se obtiene la chapa con la geometría de salida de la operación 20 que

servirá de guía para la realización de la siguiente operación. Para la obtención del flan

recogido, se simula en Autoform y se lleva la curva a Catia donde se une con la pieza

embutida. Asimismo se recopila toda la información indispensable que define

completamente las operaciones de la embutición con el fin de tener únicamente esas


54

geometrías vistas y poder visualizarlo de un vistazo. Además los colores elegidos para

la representación tanto de las curvas como de las superficies esta normalizado por

Matrici, por tanto se pueden diferenciar fácilmente la línea de entrada a matriz o los

frenos. En la Imagen 56 se listan todos los datos fundamentales que se recopilan y se

pueden ver los colores que se usan para definir cada sector.

Imagen 55: Pieza embutida

Macho

Pisador

Matriz

Flan inicial

Línea de entrada a matriz

Frenos

Sellos de final de carrera

Flan recogido

Imagen 56: Elementos fundamentales de la embutición

Macho Pisador Matriz


55

Cortante desarrollo Frenos y línea de entrada a matriz Sellos

Algunos elementos complementarios

Agujeros de aire

Los agujeros de aire se son unos orificios que se realizan sobre la matriz y permiten la

evacuación del aire que pueda quedar entre la chapa y la matriz durante la

embutición. Sin ellos el aire acumulado se comprimiría aumentando la presión y no

permitiendo la correcta embutición de la pieza. Estos se sitúan distribuidos sobre la

matriz en lugares donde la chapa no llegue a tocar para evitar así el copiado de su

geometría en la chapa, generando problemas de aspecto.

Sellos de estampa

Los sellos de estampa son unos sellos que se sitúan al igual que los agujeros de aire en

la matriz. Estos tienen como fin asegurar que la embutición ha llegado a su fin. Para

ello se colocan en las zonas de la pieza que se embuten al final. Normalmente se

ponen en zona no vista de la pieza y haciendo coincidir su centro con una línea de

corte para que sea fácil su detección por parte del operario, aunque esto último no

siempre se cumple. También hay que tener en cuenta que la fuerza generada por estos

sellos ha de estar equilibrada y por tanto se colocan dos, uno en cada extremo de la

diagonal de la pieza. El posicionamiento se estos sellos ha de estar verificado por el

cliente.

Agujeros de coordinación

Los agujeros de coordinación son aquellos que permiten posicionar la pieza

correctamente entre las distintas operaciones ya que de este modo no se posiciona

únicamente por volumen, sino que se tienen un par de puntos precisos de

posicionamiento. Estos se realizan en la primera operación. Hay que tener en cuenta la

dirección del eje z del tipping point durante las operaciones. En muchos casos el

tipping point no varía por tanto no habría problema. Sin embargo si la pieza gira

ligeramente los agujeros de coordinación cambiarán de geometría haciéndose elipses

en la proyección horizontal del nuevo tipping point.


56

4.5.3. 30

La siguiente operación se trata de una operación de corte y conformado. Se ha de

eliminar los retales del exterior de forma alterna entre esta operación y la siguiente.

Además se conforman o reembuten ciertas zonas de la pieza. A continuación cabe

mencionar la diferencia entre estas dos operaciones, ya que ambas se aplicarán a esta

pieza.

Reembutición y conformado

Se puede describir el conformado como una operación de deformación de chapa en la

que ésta ya ha sido cortada en una operación previa si así lo requería. Las

deformaciones a realizar en la operación de conformado no destacan por ser muy

complejas. Sin embargo, una reembutición consiste en usar un pisador auxiliar, de

forma que quede la pieza sujeta tanto por el pisador general como por el mencionado.

Una vez quede la pieza amarrada por ambos pisadores, se reembute por la zona

deseada. Este tipo de operación es más compleja que un conformado y la geometría

que se obtiene también es más complicada. La reembutición se utiliza en los casos en

la que la superficie a generar no sea sencilla o para evitar problemas de arrugas. La

superficie generada suele ser de mayor calidad en este caso. Después de la

reembutición siempre existe una operación posterior de corte, que al igual de que

reembutición también se realiza a carro. Con la Imagen 57 se pretende aclarar la

diferencia entre ambas operaciones.

Imagen 57: Reembutición (izquierda) y conformado (derecha)

Carros

Como ya se puede haber intuido lo más característico de esta operación es el uso de

carros, que se usan para conformar, reembutir o cortar zonas que no son posibles

realizarles ese tipo de operaciones de forma vertical. Por tanto, con el movimiento


57

vertical de la prensa se proporciona movimiento en otras direcciones que actúan sobre

las zonas de trabajo a través de los carros ya que es conveniente trabajar sobre la

superficie lo más perpendicular posible sea cual sea la operación a realizar sobre ella.

Otra de los datos a tener en cuenta durante el diseño de esta operación es el tamaño

de las salidas de retal que tiene la prensa. Rescatando este dato del cuaderno de

cargas tenemos que en este caso la línea de prensas a utilizar por el cliente tiene tolvas

de extracción de retales de 400mm las interiores y de 700mm las exteriores.

Este proceso comienza partiendo de la pieza que sale de la operación de embutición.

Como en la operación anterior, el primer paso es posicionar la pieza definiendo el

tipping point. En este caso se mantiene la posición y orientación del tipping point. Por

tanto los cortes verticales se realizarán en la dirección Z del punto definido. Para

definir si un corte se realiza de forma vertical o mediante carros, existe una norma a

seguir. Lo más recomendable es siempre realizar el corte lo más perpendicular posible

a la chapa sin embargo existe un pequeño margen de movimiento. En este caso, el

cliente junto con Matrici han llegado al acuerdo de permitir cortar la chapa siempre y

cuando el ángulo entre la chapa y la línea perpendicular a la dirección de corte sea

igual o menor a 20 grados.

Imagen 58: Corte permitido con un ángulo menor a 20 grados

Esto es así porque cuanto más inclinada este la chapa, la sección a cortar por la cuchilla

será mayor y por tanto mayor fuerza necesitará la prensa para cortar, además

aparecerán esfuerzos transversales. Asimismo pueden quedar bordes muy afilados que

compliquen la manipulación de la pieza por parte del operario.


58

Imagen 59: Corte con un ángulo mayor a 20 grados

Cortes verticales

Para comprobar que los cortes en la pieza son realizables bajo el criterio

anteriormente descrito, se puede utilizar un comando de Catia que proporciona esta

información. Antes de usar esta utilidad de Catia primero hay que generar la superficie

a cortar. Para ello se parte de la pieza final y se desarrollan las pestañas hasta

proyectarlas sobre el addendum generado en la operación anterior. Para realizar esta

operación existe una Macro en Matrici que se encarga de desdoblar las pestañas en

áreas donde la geometría no es muy compleja. Se introduce la posición de la línea

neutra que marca el centro de la chapa y se generan puntos que uniéndolos mediante

splines generan la superficie desarrollada de la chapa.

Imagen 60: Desarrollo de pestañas

Una vez obtenidas las pestañas, el contorno de las mismas se proyecta en un plano

perpendicular a la dirección de corte vertical las líneas de corte. Estas se dibujan

haciendo uso de geometría sencilla pero siempre intentando seguir con la mayor


59

precisión posible la línea generada por el desplegado de las pestañas. Además de

realizar esto en todo el contorno exterior del coche se aplica también a las pestañas

del orificio de gasolina. En la Imagen 61 se muestra el Sketch realizado.

Imagen 61: Líneas de corte (amarillas y verdes)

Los retales que se obtienen tanto de la parte superior de la pieza como de la parte

inferior de la misma son muy grandes, ya que se eliminan completamente evitando así

dividirlas en dos operaciones y dejando de lado los empalmes de corte. En vez de

realizar el corte en dos operaciones de realiza en dos golpes de prensa. En el primero

se separa todo el retal de la pieza buena y en el segundo golpe de divide el retal en

partes más pequeñas con el fin de evacuarlo correctamente por las tolvas. Las cuchillas

encargadas de trocear el retal se denominan cuchillas de retal. Su característica

principal es que son planas y cortan el retal de forma recta sin importar la geometría

que hayan adquirido en operaciones anteriores. Estas también se representan en Catia

con una orientación que indica la dirección por la cual se expulsa el retal.


60

Imagen 62: Cuchillas de retal en rojo

Como se puede apreciar en la Imagen 62 en la zona del tapón de gasolina se realiza un

corte vertical también por el contorno de sus pestañas desplegadas. En la zona de la

ventana trasera se realiza en dos operaciones debido al tamaño del retal. Este es

demasiado grande para salir por las retaleras sin problemas por tanto se divide en dos.

De la imagen anterior destacar también los punzonados de forma que se realizan en el

paso de rueda. Estos se realizan dejando la forma de la pestaña que en la próxima

operación se van a conformar.

Imagen 63: Punzonados de forma

Para el corte de los medallones se procede de la misma manera. Se divide la operación

de corte en dos y se realizan retales de forma que entren por las tolvas interiores, en

este caso de 400mm.


61

Imagen 64: Corte de los medallones

En todos estos cortes cabe destacar, como en la operación del cortante desarrollo los

empalmes de corte. El objetivo de los mismos es realizar cortes limpios entre

operaciones en las zonas donde se realizan cortes contiguos. En esta operación se ha

empleado una norma distinta a la que se ha seguido en la operación 10 para su diseño.

Imagen 65: Empalmes de corte

Corte por carro

Una vez se han definido las zonas que van cortadas de forma vertical y las que irán

cortadas mediante carros, se definen los ejes de trabajo de dichos carros. En primer

lugar se crean unos ejes en Catia. Estos serán los ejes de los carros. Después se traza

una línea perpendicular a la superficie donde trabajará el carro de unos 250 mm y se


62

analizan las coordenadas del mismo con respecto al tipping point de la operación.

Imagen 66: Coordenadas del punto

Estas coordenadas se redondean y se coloca el eje del carro en ese punto. A

continuación se analiza la orientación de los ejes. El eje X del carro siempre apunta

hacia la derecha, por tanto se coloca una vista en planta y se analiza el ángulo que

forma la recta perpendicular a la superficie con el eje X y se corrige la orientación

girando el sistema de coordenadas por el eje Z.

Imagen 67: Orientación del sistema de coordenadas y ángulo a corregir


63

Imagen 68: Corrección del ángulo

Una vez corregida la orientación de eje X, hay que corregir la del eje Z de la misma

forma. Se coloca una vista paralela al plano YZ y se analiza el ángulo que forma el eje Z

con la línea perpendicular a la superficie de trabajo. El objetivo es orientar el eje Z

justo en sentido contrario a la dirección de trabajo.

Imagen 69: Corrección del ángulo en Z

Imagen 70: Sistema de coordenadas del carro

Una vez que se tienen los ejes de los carros ya se puede generar en el plano XY de cada

uno de ellos la sección de corte. Estas líneas se proyectan en la pieza y hay que

asegurar que se cruzan con las líneas de corte verticales (verdes) de forma que entre

todas ellas generen un retal. Es entonces donde hay que pensar que en esta operación

van a existir dos cuchillas distintas pasando por el mismo punto. Esto implica que una


64

de ellas tiene que ir adelantada y además esa misma cuchilla tiene que llevar

incorporado un orificio donde entre la siguiente cuchilla. Esto hay que realizarlo

siempre que dos cuchillas confluyan en el mismo punto. En la Imagen 71 se ve esta

cavidad, que recibe el nombre de pata de cabra.

Imagen 71: Pata de cabra

Para realizar un corte siempre hay que sujetar la chapa. Además el pisado de esta tiene

que ser siempre lo más perpendicular posible a su superficie ya que si esto no es así se

pierde fuerza de pisado. Esto ocurre en uno de los cortes con carros de esta operación

en la cual se ha generado una línea que define el contorno de un pisador auxiliar que

irá montado en el carro y por tanto trabajará en la misma dirección en la que se

producirá el corte. En la siguiente imagen se pueden apreciar los ejes de los tres carros

que actuarán sobre la pieza con las líneas de corte de cada uno de ellos en rosa. En el

segundo se puede apreciar una línea de color marrón indicando la zona de pisado del

pisador auxiliar junto con la línea de corte. Las líneas verdes indican los cortes

verticales.

Imagen 72: Carros de la operación 30


65

Desahogos del macho

Otro de los conceptos a tener en cuenta en esta operación son los desahogos del

macho y pisador. Se trata de cavidades que se realizan para aliviar al macho y

aligerarlo. Con esto se ahorra tanto material como tiempo de mecanizado. Estos

desahogos se diseñan desde ingeniería y se aplican tanto al macho como al pisador en

diseño, ya que son los encargados de diseñar los troqueles a partir de la información

generada en el método plan. Estos desahogos siempre se realizan en los retales y ya

que son partes de la pieza que se desechan. La parte negativa de estos es que marcan

la pieza y por tanto no es posible realizarlos en todas las partes del troquel que

interesa. Como ya se ha mencionado siempre marcan la pieza y por tanto nunca se

hacen sobre partes de la pieza que quedarán vistas. Los desahogos se aplican tanto al

macho como al pisador, sin embargo existe una norma que dice que el desahogo

generado en el pisador debe de quedar dentro del desahogo generado en el macho.

Así se consigue no marcar de una manera notable la pieza.

Imagen 73: Norma de los desahogos

Como se puede ver en la Imagen 74, en el caso de la pieza a estudio se han realizado

desahogos en la mayoría de los retales que formarán parte del macho, es decir, los

retales que se extraerán en la próxima operación. En los demás retales donde no

existen desahogos de fundición la razón de que no estén ahí es por cuestión de

espacio. Según la norma debe de existir una distancia de 50mm desde el borde del

retal hasta el desahogo del pisador (rojo) y de 10mm entre desahogos del pisador y

macho.


66

Imagen 74: Desahogos de fundición

Consumidores del retal

Otra de las características que también se incluyen en los retales de los medallones son

los consumidores de chapa. El objetivo de estos es impedir el choque de la cuchilla en

su ascenso, una vez que ya ha realizado el corte, con la parte del retal que aún queda

en la pieza. Este consumidor hace que la chapa que queda en esa zona una vez cortada

se recoja unos milímetros y así no roce con las cuchillas evitando así el desgaste

temprano de las mismas y posibles deformaciones de la pieza generando rebabas

hacia arriba. En la Imagen 75 se parecían los consumidores, en líneas rosas.

Imagen 75: Consumidores de retal (líneas rosas)


67

Calibrado

El objetivo fundamental de una operación de calibrado es obtener la pieza dentro de

tolerancias. En esta operación se van a calibrar los medallones. La dirección de trabajo

del calibrado es la dirección Z del tipping point. Se conformarán las zonas de las

puertas donde la embutición no ha sido capaz de obtener la superficie final. Los

medallones son zonas muy complicadas de los laterales que tienen superficies sinuosas

con grandes alturas de embutición. Por tanto para obtener una buena embutición se

aumentan ligeramente los radios de entrada para mejorar la fluencia del material en

esa zona. Al igual que en el contorno de los medallones, las bananas generadas en la

embutición sobre zonas de la pieza vistas hay que conformarlas hasta dejar en

tolerancias, por tanto también se calibrará la zona del consumidor que se ha

construido en la operación anterior. En las siguientes imágenes se pueden observar

dos de las zonas donde se calibra en esta operación y lo que realiza

A la hora de diseñar los radios que se dan en la embutición para dejar fluir la pieza hay

que tener en cuenta la geometría final que tendrán después. Es decir no se pueden

diseñar todo lo grandes que se deseen ya que en la siguiente operación se podrían

generar problemas de arrugas. Una forma sencilla se ver esto es medir la cuerda de

ambas secciones. Estas deben ser lo más parecidas posibles para adecuarse sin

problemas en el calibrado.

Imagen 76: Pieza obtenida de la operación 20 (amarillo) y pieza a obtener en la operación 30 (gris)

C

C D

C

D


68

Imagen 77: Corte C-C Imagen 78: Corte D-D

Para la obtención del taco de calibrado en el software Catia, se realiza cortando la

superficie final de la pieza por el contorno que engloba a todo el área que se quiere

conformar. Así se consigue obtener la geometría del taco que dará forma a la pieza.

Imagen 79: Contorno que define el taco de calibrado Imagen 80: Taco de calibrado

Con las líneas de corte generadas tanto las verticales, las de carro como los punzones

se obtienen todos los retales que se van a desechar en esa operación. Retirándolos se

tiene como resultado la chapa con la geometría de salida de la operación 30 que

servirá de guía para la realización de la siguiente operación.


69

Imagen 81: Pieza obtenida de la operación 30

Finalmente se recopila toda la información generada para la realización de esta

operación, con el fin de tener únicamente esas geometrías vistas y poder visualizarlo

de un vistazo. Además los colores elegidos para la representación tanto de las curvas

como de las superficies esta normalizado por Matrici, por tanto se pueden diferenciar

fácilmente las líneas de corte en diferentes direcciones de trabajo y el calibrado. En la

siguiente tabla de listan todos los datos fundamentales que se recopilan y se pueden

ver los colores que se usan para definir cada área.

Corte vertical

Corte por carro

Ejes de carros

Desahogos de fundición

Taco de calibrado

Retales

Frenos de retal

Pisador auxiliar

Imagen 82: Elementos fundamentales de la operación 30


70

Cortes Retales

Desahogos de fundición Taco calibrado y freno de retal

4.5.4. OP40

En la siguiente operación del método plan se van a realizar múltiples operaciones

sobre la pieza. El objetivo de la misma es eliminar casi por completo los retales que

quedan y calibrar todas aquellas zonas que sean posibles de conformar, dejando para

la última operación las áreas que no se puedan realizar en esta operación. Las

operaciones que se llevan a cabo en esta fase son cortes, punzonados, reembutidos y

conformados. Para esta operación se usa en mismo tipping point que en las

operaciones anteriores.

Cortes y punzonados

Los cortes a realizar en esta operación son la mayoría de los retales que han quedado

sin cortar de los medallones al igual que el retal del paso de rueda de la pieza. Todos

estos se realizan en vertical. La línea de corte de los mismos se realiza extrayendo el

contorno de la pieza final en esa zona. La zona de los medallones quedará

semiacabada en esta operación. Para el paso de rueda se siguen los mismos pasos.

Con los desahogos de corte realizados en las operaciones anteriores los cortes en esta

área quedan limpios. En la Imagen 83 se pueden ver las líneas de corte de los retales,

por un lado están las azules que representan los cortes en vertical, las azul oscuro que


71

son los punzonados también en vertical y por otro lado los punzonados en rojo que se

realizan con pequeños carros.

Imagen 83: Cortes y punzonados

El método de posicionamiento y orientación de los carros para estos punzonados se

realiza de la misma manera en la que se ha explicado en la operación anterior. Los

cortes de los retales que quedan en la pieza se realizan en el aire, es decir, no existe un

pisador superior ni macho inferior que agarre el retal. Esto es así debido a la

necesidad de caída del retal después del corte. Esto además puede afectar ligeramente

a las tolerancias de corte, por tanto se tiene en cuenta desde el principio para hacer

conocer al cliente de este problema.

Conformados

Otra de las operaciones que se realizan en esta fase son los conformados. Estos como

se ha explicado anteriormente son deformaciones más simples de pieza en zonas en

las que en operaciones anteriores generalmente ha existido un corte.


72

Imagen 84: Conformados

En el caso de la pieza a estudio se va a realizar un conformado tanto en la zona trasera

como en la parte inferior. De la zona trasera se pueden diferenciar dos áreas, como

son el tapón de gasolina y la pestaña de unión con la parte trasera del automóvil. En

ambas zonas se trabajará en vertical. Estos conformados se realizan a través de tacos

que se encargan de deformar la zona mientras que la parte de la pieza que no va a

trabajar se encuentra sujeta por el macho inferior y el pisador superior. El trabajo a

realizar en la zona del tapón de gasolina se puede apreciar en la siguiente imagen,

donde está la pieza que se obtiene de la operación anterior y la pieza final.

Imagen 85: Zona del tapón de gasolina (Corte F)

E

E

F

F

G

G

H

H


73

El taco que conforma la pestaña del tapón de gasolina se realiza continuando la forma

que tiene la pieza final. Extrapolando las superficies y haciéndolas continuas en

tangencia. En la Imagen 85 se puede observar el taco de conformado, y el doblado a

realizar (de la pieza amarilla a la azul), así como el contorno de doblado. Para la

construcción de estos tacos, tanto de este como de los siguientes se tiene en cuenta el

Springback de la operación. Para ello se realizan las paredes de los tacos tres grados

más inclinadas de forma que deformen la pieza tres grados más de lo que está definido

en la definición numérica. Así la pieza quedará en buena posición una vez se la haya

liberado de esfuerzos de doblado. Se procede de la misma manera tanto en la parte

trasera de la pieza del automóvil como en la parte delantera. Asimismo existe una

pequeña zona cerca de la ventana trasera que necesita de un nuevo conformado para

llegar a su forma final. Este también se realiza en vertical.

Imagen 86: Conformado de la zona trasera (Corte G)

Otra de las zonas que necesita un calibrado final son las áreas que durante la

embutición han aparecido problemas y se han construido bananas para su protección.

Es ahora cuando hay que acabar estas zonas dejándolas dentro de tolerancias. Para

ello se construyen tacos de conformado con la forma final y teniendo en cuenta la

recuperación elástica que puede existir en estas zonas.


74

Imagen 87: Calibrado (Corte H)

Imagen 88: Calibrado (Corte E)

El último de los conformados que se realiza en esta operación se hace mediante carro

y contracarro ya que se trata de una zona con contrasalidas. La extracción de la pieza

una vez conformada sería imposible sin la existencia del contracarro. Existen varios

tipos de carros-contracarros, como son los lineales, rotatorios o con contracarro de

relleno. En este caso al tratarse de una geometría bastante compleja de conformar se

va a utilizar un contracarro lineal combinado con uno de relleno. El uso del contracarro

de relleno queda justificado cuando el lineal o rotativo no es capaz de realizar su labor

salvando el macho. En la siguiente imagen se muestran las zonas donde existe

contracarro lineal y de relleno.


75

Imagen 89: Contracarros

En primer lugar se ha de definir la dirección de trabajo del carro. Para ello se procede

de manera similar a la obtención de los ejes de los carros de corte teniendo en cuenta

la recuperación elástica de la pieza una vez liberada de tensiones. En este caso el

número de ejes a definir son tres. Uno perteneciente al taco de conformado que irá

montado sobre el carro principal, otro que será la dirección de trabajo del carro lineal

y por último el encargado de definir el movimiento del carro de relleno. Una vez

obtenido, el eje de trabajo del contracarro debe coincidir exactamente con el del carro

y además el eje x debe estar orientado de forma opuesta al eje x del carro. En la

imagen anterior de pueden diferenciar los tres ejes de trabajo. Se puede apreciar

como los ejes z con paralelos entre sí desde la vista en planta de la pieza.

Contracarro lineal

Una vez se tienen los ejes, hay que definir la cofia. Se trata de la línea que divide la

pieza y el contracarro. Se llama también cofia a la zona desahogada del macho por la

que desliza el contracarro. En la siguiente imagen se puede ver en un ejemplo simple el

concepto de cofia.

Contracarro lineal Contracarro

de relleno

Carro


76

Imagen 90: Cofia (línea roja)

El conformado a realizar se muestra en la siguiente imagen.

Imagen 91: Reembutición a realizar (azul, pieza final; amarillo, pieza a conformar)

Para la definición de la línea de cofia se ha de analizar los posibles choques entre los

elementos. Para ello se realiza una intersección de la pieza con un plano paralelo al eje

YZ. Con ello se obtiene el cortorno de la pieza (línea rosa). Asimismo se obtiene la línea

más profunda de la reembutición (línea verde). Con esta se realiza una extrusión en la

dirección Z del tipping point y se realiza una sección paralela a 6 mm definiendo así la

superficie que hay que librar para asegurar un contracarro rígido en sentido vertical y

además librar la contrasalida y que la chapa se pueda extraer del troquel una ve

retirado el contracarro. Realizando este procedimiento a lo largo de toda la superficie

se obtiene la línea de cofia. Con ella se realiza una extrusión en la dirección de trabajo

del carro, con lo que se define la superficie a través de la cual deslizará en su

funcionamiento. Asimismo esta superficie divide la pieza y el contracarro. Hay que

tener en cuenta también a la hora de diseñar la línea de cofia que el macho no debe

quedar muy débil en la zona en voladizo.


77

Imagen 92: Cálculo de la cofia

Imagen 93: Superficie de cofia, macho y contracarro

Antes de continuar con el taco de conformado, es aconsejable comprobar que el

contracarro no interfiere con ninguna superficie durante su movimiento de trabajo.

Para ello se desplaza una cierta distancia, retirándolo y comprobando que trabaja de

forma correcta. En este caso se ha desplazado 35 mm y se ha comprobado que la

extracción de la chapa una vez conformada es posible.


78

Imagen 94: Pieza (azul), contracarro en posición de trabajo (amarillo) y contracarro retirado (rosa)

Para la realización del taco de conformado, se copia directamente de la superficie final

de la pieza. El mismo procedimiento se usa para la superficie de pisado. Además al

realizar el pisado en la misma dirección que el carro este aprovecha mejor la fuerza de

pisado dirigiéndola en el sentido de embutido y haciendo más eficaz esa pisada. En la

Imagen 95 se pueden apreciar tanto el taco como el pisador.

Imagen 95: Taco (amarillo) y pisador (morado)

En la siguiente imagen se pueden ver todos los elementos involucrados en el

reembutido en su posición de trabajo.

Taco

Pisador

Contracarro

Línea de cofia

Pieza

Imagen 96: Elementos principales de un conformado


79

Contracarro de relleno

La comprobación de la extracción de chapa, o lo que es lo mismo, la comprobación de

que el contracarro no interfiere con los demás elementos falla en una de las zonas del

reembutido. Es por ello que se va hacer uso del contracarro de relleno. A continuación

se va a realizar una breve explicación de su funcionamiento y luego se analizará su

aplicación en este caso concreto.

El contracarro de relleno consiste en dividir el mismo en dos partes de forma que

tengan un movimiento diferente. En la siguiente imagen se pueden apreciar ambas

partes. Por un lado se tiene el CF1 y por otro el CF2. Una vez que el contracarro está

colocado en la zona de trabajo, es decir, donde se va a realizar el conformado de la

chapa, y tras realizar la operación, el movimiento de retirado del carro comienza con el

desplazamiento del CF2. Este tiene el movimiento paralelo a la superficie de contacto

entre ambas partes. Una vez que CF2 ha llegado a su tope y es capaz de librar el

contacto con la chapa, ambos se mueven conjuntamente desplazando todo el

contracarro hacia detrás.

Imagen 97: Secuencia de movimiento del contracarro de relleno


80

Imagen 98: Funcionamiento del contracarro de relleno en el troquel

Su diseño comienza con la línea de cofia. En este caso al tratarse de un carro

directamente unido a otro de forma adyacente con la extrapolación de la línea de cofia

anterior se consigue la línea de separación del contracarro. De esta forma se separa la

superficie CF1 y CF2.

Imagen 99: Superficies del contracarro de relleno

Ahora para obtener la superficie de deslizamiento entre ambos simplemente se

extruye una superficie en la dirección Z que se ha obtenido previamente del sistema de

coordenadas que define la dirección de trabajo del carro quedando finalmente la

geometría que se puede apreciar en las siguientes imágenes.


81

Imagen 100: Superficies del contracarro y superficie de deslizamiento

A continuación se pretende ver el funcionamiento del contracarro de relleno en la

zona a aplicar. Para ello se ha realizado un corte por una sección perpendicular a la

zona superior del lateral.

CF1

CF2

Línea de desplazamiento entre CF1 y CF2

CF2 retirado

CF1 y CF2 retirados

Imagen 101: Funcionamiento del constracarro en la pieza a estudio

Finalmente, como en todas las operaciones se recopila la información más importante

para la realización de la operación y se visualiza con colores con el fin de identificar

rápidamente todas las operaciones que se realizan en la fase 40.


En esta operación de nuevo se vuelve a hacer uso de los desahogos de fundición.

Como ya se ha explicado previamente son cavidades que se realizan tanto en el macho


82

como en el pisador con el fin de aligerar ambas piezas ahorrando así material. Sin

embargo no se pueden realizar en las zonas que vayan a soportar grandes cargas de

trabajo. Comúnmente se posicionan en los retales, como es el caso de esta operación y

se ha se seguir una norma para su diseño. En este caso aparte de desahogar las zonas

de los retales se desahogan otras zonas que no requieren soportar grandes cargas de

trabajo. Con esto se evita el mecanizado y las operaciones posteriores a esta.

Imagen 102: Desahogos de fundición

En definitiva, los elementos que definen esta operación son los siguientes.

Corte vertical

Tipping point

Ejes de carros


Taco de calibrado

Retales

Línea de conformado

Reembutido



83

4.5.5. OP50

En esta última operación el objetivo principal es obtener la pieza acabada. Para ello se

van a realizar tanto cortes y punzonados como calibrados. Algo característico de esta

operación son los cortes de grandes retales que después de separarlos de la pieza se

trocean con cuchillas de retal como se verá más adelante. Otra de las características de

la fabricación de los laterales es que generalmente se realizan todos los punzonados

en esta última operación.

Cortes

En esta operación los cortes se vuelven a dividir en dos tipos. Por un lado los cortes

verticales que se encargarán de eliminar tanto los retales de los medallones que faltan

por eliminar, como el retal de la ventana trasera. Por otro lado está el corte a carro

que eliminará todo el retal superior del techo de una vez. Se trata del corte que se

realiza después del reembutido que se ha hecho en esa misma zona en la operación

anterior. Ese corte se completa en dos golpes de prensa. En primer lugar el corte lo

realiza la cuchilla principal que separa el retal completo de la pieza. Una vez cortado el

retal cae en una zona que se encarga de sujetarlo hasta el siguiente golpe de prensa en

el que las cuchillas de retal actúan sobre el fragmento sobrante y lo divide de forma

que cada retal cae en su retalera correspondiente respetando así el tamaño de las

mismas. Resumiendo, en un mismo golpe de prensa la secuencia de movimientos es la

siguiente. En primer lugar se divide el retal de la pieza anterior y se deja caer sobre las

rampas de extracción. Una vez evacuado se corta el retal de la pieza en prensa y cae

sobre los filos de las cuchillas de retal que lo cortaran en la siguiente operación. Este

método de corte solo se realiza sobre cortes de grandes dimensiones. La ventaja de

este es que se realiza un corte limpio de una sola vez además de evitar el uso de los

desahogos de corte. La desventaja que presentan es que generan polución y no son

recomendables usarlas en piezas de aspecto. En la Imagen 104 se pueden apreciar

tanto los cortes en vertical (verdes) como los cortes por carro (rosa) junto con sus ejes

de movimiento (azul). Asimismo se han representado las cuchillas de retal indicado la

dirección por la que se evacúan los retales.


84

Imagen 104: Cortes verticales y por carro

Imagen 105: Corte por carro

Punzonados

Los punzonados se suelen realizar en la última operación. Lo que destaca en esta

operación es el uso de carros para su obtención. Para hacer uso o no de los carros para

realizar punzonados sobre la pieza se aplica una norma que dice que el ángulo que

forma la línea perpendicular al punzón con el eje de trabajo del punzón no puede ser

mayor que el diámetro del punzón.


85

Imagen 106: Punzonados verticales (verdes) y a carro (rosas)

Vueltas de cuello

Otra de las operaciones a realizar en esta fase son las vueltas de cuello. Se trata de

realizar un orificio en la chapa y conformarlo hacia su interior como se puede ver en la

siguiente imagen.

Imagen 107: Vuelta de cuello

Las vueltas de cuello se utilizan en agujeros por los cuales vayan a pasar cables.

Evitando así el roce de estos con aristas vivas y su posterior deterioro. Para realizarlos

hay dos opciones según su norma de construcción. Se pueden realizar en dos pasos, es

decir, en un primera operación se punzona y en la siguiente de conforma o en una

misma operación es posible cortar y conformar al mismo tiempo. Lo que siempre debe

cumplir es que la medida del agujero ha de ser la mitad de la tolerancia más 0,1mm tal

y como indica la norma. En este caso la vuelta de cuello se realiza en una misma

operación.


86

Imagen 108: Norma de punzonados

Conformados

Finalmente se realizan los últimos conformados dejando la pieza final dentro de

tolerancias. Como se puede apreciar en la Imagen 109 es en la zona trasera del

vehículo donde se actúa y se conforman las pestañas. En primer lugar se acaba de

conformar la zona de la ventana superior en la que en la operación anterior se ha

conformado igualmente, pero dándole un doblado inicial en vertical que hace que se

direccione la pestaña hacia su posición final y en esta operación se acaba de conformar

realizando su movimiento mediante carro ya que la pestaña finalmente queda en

contrasalida. En el paso de rueda se pueden distinguir dos zonas. Por una parte se

tienen los doblados de las pestañas de forma vertical y por otro las que hacen uso de

carros.

Imagen 109: Conformados


87

Imagen 110: Taco de conformado y dirección de trabajo

Los otros dos conformados que acaban la pieza se encuentran en la zona del paso de

rueda. Se trata de unos doblados de pestañas tanto en vertical como con carro.

Imagen 111: Calibrado del paso de rueda


88

Finalmente como en todas las operaciones se recopila toda la información

determinante para la realización de esta última operación.

Corte vertical

Tipping point

Ejes de carros


Taco de calibrado

Retales

Corte por carros

Punzonados



89

5. ASPECTOS ECONÓMICOS

5.1. Presupuesto

Para la explicación del presupuesto se va a analizar los costes que supone realizar la parte de ingeniería de un proyecto con una única pieza. Para la realización del presupuesto, este se divide en diferentes partidas, comenzado por las amortizaciones en la que se tienen en cuenta los activos fijos de la empresa.

Tabla 11: Amortizaciones

Seguidamente se calculan las horas internas de los trabajadores. En este caso se

considera que ha sido un ingeniero el que ha llevado a cabo el trabajo del proyecto. En

la siguiente tabla se muestran el coste horario que supone a la empresa y las horas

invertidas en el proyecto.

Tabla 12: Horas internas

Los costes directos resultan la suma de las partidas de las horas internas y las

amortizaciones.

Tabla 13: Costes directos


90

La partida de los costes indirectos son una partida destinada a cubrir los costes que no

se adjudican a ningún proyecto concreto, como puede ser el servicio de seguridad, la

luz, agua y gas o la limpieza. Por este emotivo se imponen que los costes indirectos

suponen el 7% de los costes directos del proyecto.

Tabla 14: Costes indirectos

Es importante definir también una partida de imprevistos. En este caso se estiman

como un 5% de la suma de los costes totales, tanto directos como indirectos.

Tabla 15: Imprevistos

Finalmente, se tiene que el presupuesto total del proyecto es la suma de los costes

directos, indirectos e imprevistos. Por tanto la cuantía total del proyecto se queda en

55.896,37€

Tabla 16: Presupuesto


91

6. PLANIFICACIÓN

A continuación se pretende exponer el plan de trabajo que se ha llevado a cabo

durante la ejecución de este proyecto. La duración total del mismo ha sido de 10

semanas. Se pretende explicar de forma ordenada las tareas a llevar a cabo durante el

periodo de tiempo que dura el proyecto para la finalización del mismo.

H1. Obtención del proyecto

El primer hito ocurre cuando la empresa más concretamente por el área de gestión

junto con la ayuda del departamento de ingeniería capta un proyecto de todas las

ofertas que llegan.

PT1. Cuaderno de cargas

La primera tarea a realizar por la empresa es rellenar el cuaderno de cargas, que como

bien se ha explicado con anterioridad, consiste en una recopilación de la información

básica del proyecto de la que se hace uso desde el inicio del mismo hasta su

finalización. Esta tarea engloba a las siguientes subtareas:

1.1 Definición de los parámetros básicos del proyecto

1.2 Definición de las prensas

1.3 Búsqueda de normativa

PT2. Diseño de la pregama

Junto con el cuaderno de cargas se comienza a diseñar la pregama que consiste en

realizar un análisis global del proyecto, en el que se incluyen las siguientes subtareas.

2.1 Definición del número de operaciones

2.2 Definición del objetivo final de cada operación

2.3 Comparación del proyecto en activo con antiguos proyectos similares

PT3. Simulación de la embutición

A la vez que las dos tareas expuestas, se comienza a realizar la simulación de la

embutición con una aproximación de las superficies finales con el objetivo de poder


92

analizar la dificultad de la pieza y así anticiparse a posibles problemas futuros.

PT4. Obtención del Método Plan

La misma semana comienza a realizarse el método plan, con el objetivo de anticipar el

trabajo que se realizará después y así de esta forma ganar tiempo. La realización del

método plan se divide en el número de operaciones que tenga la pieza. Por tanto las

subtareas son las que se muestran a continuación.

4.1 Realización de la operación 10


4.2.1 Simulación de la operación 20







H2. Obtención de una buena embutición

El hito dos se realiza cuando se tiene una simulación de la embutición correcta. Se

realiza una vez que se tiene el método plan completado hasta la operación 20 con las

superficies de las herramientas finales.

H3. Obtención del Método Plan semidefinitivo

El hito tres se tiene cuando el método plan queda listo para entregar al cliente.

PT5. Reunión con el cliente (Acuerdo de proceso)

La quinta tarea a realizar consiste en reunirse con el cliente para presentar el trabajo

realizado hasta la fecha y debatir los puntos que son objeto de mejora.

PT6. Cambios en el Método Plan a petición del cliente

Esta tarea consiste en realizar los cambios necesarios que se han acordado en la

reunión con el cliente que incluye realizar variaciones en la simulación si así lo requiere

el cliente.

PT7. Cambios en el Método Plan durante el desarrollo del proyecto

La séptima tarea consiste en realizar cambios en el Método Plan debidos a peticiones


93

por parte del área de diseño u otros departamentos de la propia empresa.

H4. Obtención del Método Plan definitivo

El hito cuatro marca la obtención del método plan definitivo.

H5. Obtención de la simulación definitiva

El último hito se da tras la obtención de la simulación completa y definitiva

A continuación de muestra el diagrama de Gantt donde se muestra la duración de cada

una de las tareas explicadas.


94

Tabla 17: diagrama de Gantt


95

7. RESULTADOS, CONCLUSIONES

Y LÍNEAS FUTURAS

7.1. Resultados y conclusiones

En resumen, el trabajo a través del cual se ha realizado este Trabajo Fin de Master ha

consistido en la realización de un análisis del proceso de fabricación de una pieza de

chapa. A través de ese análisis de ha visto cuál es la mejor manera de obtener la pieza

final que el cliente demanda.

Como resumen de los resultados obtenidos en este proyecto fin de Master, se tiene

que una pieza como es un lateral de un automóvil necesita cinco troqueles para su

producción, siendo los dos primeros los encargados de realizar el cortante desarrollo y

la embutición respectivamente; y los tres últimos cortantes y conformadores.

Tras obtener una buena simulación de la embutición cumpliendo todas las normas

establecidas por la empresa o por el cliente se comienza a diseñar el método plan. En

el que se define detalladamente cada una de las operaciones que se realizan en cada

uno de los troqueles de la línea que conformará la pieza. Todo esto nuevamente

cumpliendo con las directrices marcadas o por la propia empresa o por el cliente. A la

vez que se va definiendo cada operación se simulan para comprobar que los

parámetros que definen la operación son correctos. La parte de ingeniería acaba

cuando se tiene todo el proceso definido y simulado correctamente, aunque esto no es

del todo cierto, ya que durante las semanas siguientes siempre se han de realizar

cambios debido a problemas en etapas posteriores del proyecto o por exigencia del

cliente.

Es obvio que el proceso aquí definido no es la única vía posible para la obtención de la

pieza final, ya que existen muchos otros caminos. Es esto lo que hace que la toma de

decisiones durante el proceso sea algo crítico. Con todo esto se concluye que el análisis

del proceso de fabricación de una pieza de chapa para un automóvil no es un proceso


96

sencillo y se han de tener en cuenta multitud de variables, tratandose además en este

caso de la pieza más importante de un vehículo. Además no hay que olvidar que se

trata solamente de la parte que realiza ingeniería. A continuación se explica el proceso

que sigue al explicado en este proyecto.

7.2. Líneas futuras

Tras dar por finalizado el trabajo de ingeniería, el método plan tiene tres destinos

objetivos. Los lanzamientos que se realizan son a diseños, a fundir y a mecanizar. El

lanzamiento a diseños permite al departamento de diseños comenzar su trabajo sin

ser completamente necesario que el método plan esté completamente finalizado. El

área de diseño puede ir adelantando trabajo y trabajar de forma paralela a los

ingenieros. D esta forma se pueden detectar errores en los diseños que afectan a

ingeniería y corregirlos de una forma muy rápida y coordinada.

Una vez que se obtiene la superficie final de la pieza y el método plan está ya

prácticamente completado se puede lanzar a modelos, lo que implica que la empresa

subcontratada comienza a realizar los modelos en poliestireno para mandarlos

posteriormente a fundir.

El último destino del método plan es el lanzamiento a mecanizado. En este caso el

método plan llega al departamento de CAD/CAM que se encargan de preparar las

superficies a mecanizar y de generar los programas de CNC que posteriormente se

llevarán a máquinas.


97

8. REFERENCIAS

[1] Matrici S.Coop., http://www.matrici.com/es/

[2] Sernauto, http://www.sernauto.es/es/sector-automocion

[3] Enric Tintoré (05/03/2017). El sector de automoción acepta el reto de la industria

4.0. La vanguardia, http://www.lavanguardia.com/economia/20170304/42543686520/

el-sector-de-la-automocion-afronta-el-reto-de-la-industrializacion-40.html

[5] Acicae, http://www.acicae.es/cas/index.aspx

[6] Spri, http://www.spri.eus/web/invest-in-basque-country/invertir-euskadi/euskadi-

polo-competitividad-sectores/automocion-innovador-competitivo/

[7] Aboutbc (08/01/2017), El cluster de automoción del país vasco uno de los líderes a

nivel internacional, https://aboutbasquecountry.eus/2017/01/08/el-cluster-de-

automocion-del-pais-vasco-uno-de-los-lideres-a-nivel-internacional/

[8] Anfac, http://www.anfac.com/portada.action

http://www.matrici.com/es/

http://www.sernauto.es/es/sector-automocion

http://www.lavanguardia.com/economia/20170304/42543686520/%20el-sector-de-la-automocion-afronta-el-reto-de-la-industrializacion-40.html

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https://aboutbasquecountry.eus/2017/01/08/el-cluster-de-automocion-del-pais-vasco-uno-de-los-lideres-a-nivel-internacional/

https://aboutbasquecountry.eus/2017/01/08/el-cluster-de-automocion-del-pais-vasco-uno-de-los-lideres-a-nivel-internacional/

http://www.anfac.com/portada.action


98

ANEXOS: NORMATIVA APLICABLE


99

Sello fechador


100


101


102


103


104

Sellos de final de carrera


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Frenos


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Empalmes de corte

trabajo de fin de master diseño y análisis de un método ... · en el presente trabajo fin de...

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