Introducción

El proceso de cizallamiento Es una operación fundamental en el ámbito de la metalurgia y la fabricación, crucial para el corte preciso de diversos materiales, especialmente chapas metálicas. Consiste en la eliminación de material a lo largo de una línea designada sometiéndolo a fuerzas de cizallamiento, lo que resulta en un corte limpio y preciso.

En esencia, cizallamiento Se basa en la aplicación de fuerza para provocar una deformación plástica en el material, separándolo eficazmente a lo largo de una trayectoria predeterminada. Este proceso se ejecuta comúnmente con máquinas especializadas llamadas cizallas, que cuentan con cuchillas afiladas dispuestas de forma que facilitan un corte eficiente.

Los componentes clave del proceso de cizallamiento incluyen la pieza de trabajo, que es el material a cortar, y las cuchillas de la cizalla, que realizan el corte. El material se coloca entre las cuchillas y, al aplicar fuerza, estas ejercen suficiente presión para inducir la deformación y separación a lo largo de la línea de corte.

Diversos factores influyen en la eficacia del proceso de corte, incluyendo las propiedades del material, como el espesor, la dureza y la ductilidad, así como el filo, la holgura y la alineación de la cuchilla. El control adecuado de estos parámetros es esencial para lograr cortes precisos con mínima distorsión o defectos.

El uso de cizallas en la producción de chapa metálica ha disminuido gracias al uso de herramientas de corte en el punzonado CNC y a la tecnología de desmoldeo para separar las piezas del esqueleto de la chapa. Las cizallas se utilizan principalmente para cortar rectángulos o tiras para estampación y matrices de prensas CNC.

En los casos en que se utiliza el proceso de cizallamiento para obtener las dimensiones finales, el espesor del material y la dimensión XY de la pieza determinan el grado de precisión viable económicamente. Un material más grueso y mayores dimensiones XY requieren tolerancias más generosas.

En la amplia gama de producción de chapa metálica, los espesores de los materiales varían de 0,005 pulgadas (0,13 mm) a 0,25 pulgadas (6,35 mm) en materiales ferrosos y no ferrosos. Equipo de esquila varía, en consecuencia, desde una capacidad de 1⁄4 pulg. (6,0 mm) x una longitud de cama de 12 pies (3,5 m) hasta pequeñas tijeras manuales con una capacidad de 0,030 pulg. (0,8 mm) y una longitud de hoja de 12 pulg. (300 mm).

En la dimensión XY, se utiliza una tolerancia de ±0,060 pulg. (1,52 mm) para materiales más gruesos y de ±0,010 pulg. (0,26 mm) para materiales más delgados. Se recomienda consultar con su proveedor de conformado de metales sobre las capacidades de los equipos disponibles.

Naturaleza de los bordes cortados

Siempre que se corta una chapa metálica, ya sea mediante punzones y matrices, cizallas o cortadoras, las características de los bordes cortados son similares (Figura 1).

El corte se produce en tres etapas a medida que el filo se desplaza a través del material: deformación plástica inicial, penetración y fractura. Durante la deformación plástica inicial, se forma el radio del filo o "roll over". Durante la penetración, se crea la banda de corte o "bruñido". Y durante la fractura, se forman la rotura y la rebaba.

Las cizallas y otros dispositivos de corte de metal se mantienen y ajustan normalmente para proporcionar una calidad de corte aceptable con rebabas mínimas y limitar el desgaste de las herramientas y el equipo. Esto produce un corte con una penetración de aproximadamente 1⁄3 del espesor del material y una fractura que atraviesa el material restante. Un ajuste adecuado genera una rebaba que rara vez supera el 10⁄1TP⁻T del espesor del material.

Características del equipo

Se utiliza una amplia variedad de equipos de corte mecánico. Los principales elementos de la máquina, comunes a la mayoría de las cizallas, incluyen el conjunto del bastidor, la bancada, la mesa, el cilindro, los dispositivos de sujeción, los calibradores, el mecanismo de activación y las cuchillas (Figura 2). Los dispositivos de sujeción, dispuestos a lo largo de la bancada cerca de la cuchilla, sujetan la pieza y la mantienen firmemente en su posición para el corte.

Los topes traseros sirven para posicionar el material bajo la cuchilla móvil a una dimensión predeterminada. Pueden variar desde topes mecánicos simples y positivos hasta una serie de sensores (interruptores de proximidad) que detectan el material y activan la máquina al tocar más de uno simultáneamente. Según el tipo y la sofisticación, los topes traseros pueden ajustarse manualmente o programarse.

Los topes frontales se utilizan a menudo para posicionar el material, especialmente cuando se trata de piezas de gran tamaño. Pueden ser mecánicos o programables.

Los calibres laterales, también conocidos como “brazos de escuadra”, se montan perpendicularmente a la hoja en el lado izquierdo o derecho de la cama y ayudan a guiar y escuadrar el material con respecto a la hoja.

Operación

Independientemente de su construcción, tamaño o velocidad, todas las cizallas eléctricas funcionan de forma similar. Se avanza una lámina de material sobre la mesa hasta que se tocan los topes traseros y la línea de corte queda por debajo de la cuchilla (Figura 3). Al activarse la máquina, los dispositivos de sujeción sujetan el material y la cuchilla móvil en ángulo corta progresivamente la lámina con un movimiento similar al de una guillotina.

Según la aplicación, las cizallas eléctricas pueden alimentarse desde la parte frontal o posterior. La alimentación posterior reduce la manipulación del material para cortes posteriores, pero requiere un operador adicional.

Manteniendo la calidad

Durante la operación de corte se realizan importantes controles de calidad. Los factores de control de calidad incluyen la planitud inicial del material, el estado general de la superficie y los bordes. Los defectos superficiales y las marcas de deslizamiento son comunes en productos en bobina y chapa, y generalmente son aceptables para el fabricante, a menos que dichas marcas provoquen un rechazo estético del producto terminado. La delaminación, las inclusiones superficiales y otros defectos graves en el material también pueden identificarse y ser motivo de rechazo.

Consideraciones de diseño

Para una producción económica, el diseñador experto reconoce varios aspectos que afectan los costos y la calidad durante el corte y las operaciones posteriores. A continuación, se presentan varias consideraciones de diseño de producto.

● Utilización del material: Los proveedores de materiales suelen ofrecer láminas en tamaños estándar: anchos de 30, 36, 48 y 60 pulgadas. El uso eficaz de estos tamaños estándar puede generar ahorros significativos al evitar costos adicionales de corte o preparación del laminador. Una consulta temprana con el conformador de metal puede permitir modificar las dimensiones de las bridas ocultas del producto para lograr una disposición general de la pieza ligeramente menor que el tamaño estándar de la lámina. Esto puede evitar costos adicionales y reducir el desperdicio.

Dirección de la fibra: La dirección de la fibra en el material laminado plano (a lo largo de la bobina) no siempre es un factor importante. Sin embargo, en algunas operaciones como el conformado y el doblado, la orientación de la fibra puede ser importante. En piezas muy grandes con bridas o elementos conformados, el diseñador debe consultar con un proveedor cualificado antes de especificar la orientación de la fibra y el radio de curvatura para determinar si las limitaciones de tamaño del material permiten que los elementos conformados sean transversales a la fibra. Este tema se analiza con más detalle en los capítulos sobre Conformado y Estampado en Prensa Plegadora.

●Características del proceso:Rebabas, marcas de sujeción y torsión (Figura 4) son características del proceso de cizallamiento.

1. Las rebabas están presentes después del corte (como en cualquier operación de corte de metal) y normalmente se controlan dentro de límites aceptables a través de prácticas de corte adecuadas.

2. Las marcas de sujeción, que aparecen como ligeras hendiduras a lo largo de un lado del borde cortado de la pieza, a veces son resultado de la acción de sujeción de las sujeciones. Estas marcas rara vez representan un problema. A menudo pueden acomodarse como parte de una pestaña oculta en el producto final o pueden eliminarse por completo durante el recorte en operaciones posteriores.

En aplicaciones críticas, se pueden usar cubiertas en los prensadores para proteger el material. A veces se emplean materiales con recubrimientos protectores removibles para reducir las marcas y rayones inherentes al proceso de corte. Estas alternativas implican un costo adicional considerable.

3. Torsión, una curvatura espiral del material que se produce al cortar tiras estrechas. Se debe a la acción de la tijera y está influenciada por la relación entre el ancho cortado y el espesor y el temple de la tira. 

La torsión rara vez es un factor importante, excepto al cortar tiras estrechas. Cuando un trabajo requiere tiras muy estrechas, a menudo se puede sustituir por material en bobina cortado con rodillo (si el pedido es suficiente) o por material en barra.