Una carcasa sin costuras obtenida a partir de una pieza plana en bruto tiene un coste muy bajo por unidad, hasta que el diseño exige que el metal se estire más de lo que permite una sola pasada. Entonces, la pieza se rompe, la herramienta necesita otra estación y el presupuesto aprobado ya no cubre el trabajo. El proceso de embutición profunda beneficia a los compradores que comprueban que la geometría se ajusta a los límites del material antes de que se fabriquen las herramientas.
Esta guía aborda los pasos del proceso, los índices que limitan la profundidad, qué calidades de chapa hay que pedir y cómo evitar los defectos más habituales.
¿En qué consiste el proceso de embutición profunda?
El embutido profundo es un método de conformado de chapa metálica en el que un punzón empuja una pieza en bruto plana hacia el interior de la cavidad de una matriz para fabricar una pieza hueca de fondo cerrado, como un vaso, una lata o una caja. Un sujetador de pieza sujeta el reborde para que se introduzca sin arrugarse. La pieza resultante no presenta costuras y, tras varias operaciones de embutido, su profundidad puede superar su diámetro.
A diferencia de lo que ocurre con el plegado, el metal se deforma por fluencia. La brida que se contrae soporta una tensión de compresión circunferencial, mientras que la pared soporta tensión.
Cómo funciona el proceso, paso a paso
- Corte de chapa. Se corta una pieza de chapa de una bobina, con unas dimensiones que se ajustan al área de la pieza más un margen de recorte.
- Sujeción. El sujetador de la pieza en bruto presiona esta contra la superficie del troquel con una fuerza controlada.
- Primera operación de embutición. El punzón empuja la brida sobre el radio del troquel para formar una copa ancha y poco profunda.
- Repaso. Las zonas más profundas se vuelven a trazar con herramientas más pequeñas, mediante un repaso convencional o inverso.
- Recocido intermedio, si es necesario. El trabajo en frío endurece el metal; el tratamiento térmico entre cada estirado restaura la ductilidad. Nuestro Guía sobre el recocido explica cómo hacerlo.
- Laminado, cuando así se especifique. Un troquel estrecho reduce el grosor de la pared y la uniformiza, como en las latas de bebidas.
- Recorte. Se recorta el borde irregular y se inspecciona la pieza.
Variables relacionadas con las herramientas que determinan el éxito
En los apuntes de clase sobre conformado de chapa de la Universidad de Concordia se enumeran las variables clave:
- Espacio libre. Aproximadamente 1,1 veces el espesor del material, o más o menos 10% más que la chapa.
- El radio de la matriz. Si es demasiado pequeño, la pared se desgarra; si es demasiado grande, la brida sin soporte se arruga.
- Radio de perforación. Si es demasiado pronunciado, la copa se parte por la base.
- Fuerza de sujeción. Si es demasiado baja, la brida se arruga; si es demasiado alta, impide que avance y la pared se desgarra.
- Lubricación. Los compuestos de embutición reducen la fricción bajo la brida y a lo largo del radio de la matriz.
- Velocidad de punzonado. La velocidad adecuada depende del material y del lubricante.
¿Qué prensas se utilizan para fabricar casquillos moldeados?
Las prensas hidráulicas ejercen toda la fuerza a lo largo de toda la carrera a una velocidad controlada. Las prensas mecánicas funcionan más rápido y son adecuadas para copas poco profundas en utillaje de transferencia en series de gran volumen. Las prensas servoañaden un movimiento programable del carro, aunque a un coste mayor. Para piezas profundas en volúmenes moderados, una prensa hidráulica con cojín de troquel suele ser la opción más segura, ya que la fuerza y la velocidad pueden ajustarse durante la fase de pruebas.
¿Qué es la relación de alargamiento y por qué limita la profundidad?
La relación de embutido (DR) es el diámetro de la pieza en bruto dividido por el diámetro del punzón, y constituye la forma más rápida de comprobar la intensidad que tendrá un embutido cilíndrico. Las notas de clase la combinan con otras dos medidas:
| Medida | Fórmula | Límite aproximado para un sorteo |
| Relación de tracción (DR) | Db / Dp | Por debajo de 2,0 aproximadamente |
| Reducción (r) | (Db − Dp) / Db | Menos de 0,5 |
| Relación entre el espesor y el diámetro | t / Db | Por encima de 1%; los valores inferiores se arrugan con mayor facilidad |
La clase sobre análisis de embutición profunda de la Universidad de Mustansiriyah establece los mismos límites y señala que el límite máximo real depende de los radios de las herramientas, la fricción, la profundidad y la ductilidad y la direccionalidad de la chapa. Si se superan estos límites, la pieza necesitará dos o más operaciones de embutición, a veces con un recocido entre ellas.
Se trata de unas reglas aproximadas. La relación de embutición límite (LDR) es la pieza en bruto de mayor tamaño que un material puede embutir en forma de copa sin romperse, dividida por el diámetro del punzón. Varía en función del tipo de material y de las herramientas, por lo que hay que considerar el valor de 2,0 como un valor de referencia para cualquier operación de embutición, no como una garantía.
Ejemplo práctico: tamaño de la pieza en bruto, DR y fuerza para una copa cilíndrica
Toma una copa con un diámetro interior de 50 mm y una altura de 40 mm, embutida a partir de una chapa de 1,0 mm, sin tener en cuenta los radios de las esquinas, el adelgazamiento ni el recorte:
- Diámetro de la pieza en bruto. Establecer el área de la pieza en bruto igual al área de la pieza acabada: Db = √(Dp² + 4·Dp·h) = √(2.500 + 8.000) ≈ 102,5 mm.
- ¿Un sorteo? DR = 102,5 / 50 = 2,05 y r = 0,51. Ambos superan los límites, y t/Db es 0,98%. Planifica dos sorteos.
- Dos tiradas. Primero, tirar hasta los 60 mm (DR 1,71, r 0,41); después, volver a tirar desde los 60 hasta los 50 mm.
- Fuerza de primer estiramiento. Utilizando la fórmula F = π·Dp·t·TS·(Db/Dp − 0,7) y una resistencia a la tracción ilustrativa de 300 MPa: F ≈ 57 kN, unas 6,4 toneladas estadounidenses antes del margen de tonelaje.
- Fuerza de sujeción. Utilizando la fórmula Fh = 0,015·Y·π·[Db² − (Dp + 2,2t + 2Rd)²], con un límite elástico de 175 MPa y un radio de matriz de 6 mm: unos 41 kN.
Esas dos características son los valores de referencia de la conferencia de Mustansiriyah para el acero con bajas emisiones de carbono. Utiliza los valores del certificado de fábrica para tu bobina y añade el material para el recorte.
Elección de materiales laminados
| Familia de materiales | Para qué se utiliza | Estad atentos a |
| Acero con bajo contenido en carbono (calidades para embutición) | Dúctil, de bajo coste | Necesita un revestimiento o una mano de pintura; el bastidor está deformado |
| Acero inoxidable | Resistencia a la corrosión | El endurecimiento por deformación es rápido; puede que sea necesario realizar más estiramientos o un recocido. |
| Aluminio | Peso ligero | El valor r es inferior al del acero de dibujo; el temple es importante |
| Cobre y latón | Conductividad, fácil moldeabilidad | Las superficies blandas se rayan con facilidad |
Para el acero inoxidable, consulta nuestra Comparación entre el acero inoxidable 304 y el 316. En cuanto al aluminio, nuestra guía sobre Interpretación de las denominaciones de las aleaciones de aluminio y sus estados de temple explica por qué el número de aleación por sí solo es insuficiente.
Solicita el acero para trefilado por su denominación, no como “acero con bajo contenido en carbono”.”
La norma ASTM A1008/A1008M, que establece las especificaciones para las chapas de acero al carbono laminadas en frío, enumera el acero comercial (CS), el acero para embutición (DS), el acero para embutición profunda (DDS) y el acero para embutición extra profunda (EDDS) como denominaciones independientes. Un plano en el que solo figure “CRS” permite el uso de acero de calidad comercial. Nuestra recomendación: para cualquier carcasa que se acerque al límite de embutición (DR), indique DDS o EDDS en el plano y solicite certificados de fábrica. Descubrir una sustitución de calidad durante las pruebas cuesta mucho más que especificarla desde el principio.
Comprueba el valor R
El coeficiente de deformación plástica, o valor r (a diferencia de la reducción r), mide la resistencia de una chapa al adelgazamiento. La norma ASTM E517 es el método de ensayo para determinar el valor r en chapas destinadas al embutido profundo. Un valor r medio más alto aumenta el LDR. Según las notas de Concordia, los rangos típicos varían en función del procesamiento, por lo que conviene comprobar la bobina:
| Hoja | Promedio típico de r |
| Acero al aluminio desactivado laminado en frío | 1.4–1.8 |
| Acero laminado en frío con reborde | 1.0–1.4 |
| Aceros inoxidables | 0.9–1.2 |
| Acero laminado en caliente | 0.8–1.0 |
| Cobre y latón | 0.6–0.9 |
| Aleaciones de aluminio | 0.6–0.8 |
Defectos habituales en el embutido profundo y cómo prevenirlos
| Defecto | Lo que ves | Causa habitual | Solución habitual |
| Arrugas en la brida | estrías radiales en la brida | Fuerza de unión demasiado baja, t/Db bajo | Aumentar la fuerza de sujeción y añadir rebordes de estirado |
| Arrugas en la pared | estrías grabadas en la pared de la taza | Brida arrugada introducida en la matriz | Fija primero la brida; comprueba el radio de la matriz |
| Desgarro | Grieta cerca de la base de la taza | DR demasiado alto, radio de perforación demasiado grande, fuerza de sujeción excesiva | Añadir un trazo, abrir los radios, lubricar |
| Earing | Borde superior ondulado con 4, 6 u 8 picos | Anisotropía plana en la lámina | Solicita una lámina de baja anisotropía; añade margen de corte |
| Arañazos y rozaduras | Marcas en la pared | Mecanizado deficiente, lubricación insuficiente | Herramientas de pulido, mejora del lubricante |
| Cáscara de naranja | Superficie rugosa y con guijarros | Granulometría gruesa | Especificar una chapa de grano más fino para las piezas estéticas |
| Distensiones en la camilla | Rayas irregulares en el acero con bajo contenido en carbono | Alargamiento en el punto de fluencia (bandas de Lüders) | Chapa laminada en caliente con un espesor de 0,5–1,51 TP3T |
La mayoría de las guías en línea se saltan los dos últimos, aunque descartan las partes decorativas. Las orejas se forman porque la letra «r» varía según la dirección; cuando esa diferencia es cero, no se forman orejas.
¿Qué suele salir mal en la producción?
La mayoría de los problemas surgen en las pruebas de ensayo, no en el CAD. Una copa dibujada que se simulaba correctamente se rompe al primer impacto porque la bobina difiere del grado modelado. Cada corrección implica retirar la matriz, reelaborar un radio y volver a realizar el muestreo.
Los compradores que aprueban un plano antes de que el proveedor compruebe el DR y la calidad suelen acabar pagando por una estación adicional más adelante. La simulación por elementos finitos reduce ese riesgo solo en la medida en que los datos de los materiales sean precisos.
Ventajas y limitaciones del embutido profundo
Ventajas: carcasas sin juntas y estancas; bajo coste unitario en series; buen aprovechamiento del material; piezas rígidas a partir de chapa fina.
Limitaciones: tiempo de preparación de utillaje y de pruebas antes de obtener la primera pieza en buen estado; estaciones adicionales para piezas profundas; las paredes son finas cerca de la base y se hacen más gruesas cerca del borde, a menos que se alisen.
¿Cuándo es el embutido profundo la opción más adecuada?
Entre las piezas embutidas más habituales se encuentran las carcasas de baterías y sensores, los fregaderos, los utensilios de cocina, las carcasas de filtros, las carcasas de componentes de automoción, las carcasas de dispositivos médicos y los casquillos de proyectiles de artillería.
En el caso de unos pocos prototipos, el torneado, el hidroconformado o el mecanizado suelen resultar más económicos, ya que requieren pocas herramientas específicas. En la producción en serie, el embutido sale más a cuenta en cuanto al precio por unidad. El punto de equilibrio depende del tamaño, la profundidad y el material, por lo que conviene presupuestar ambas opciones.
Qué incluir en el plano y en la solicitud de presupuesto
- Material según su denominación (por ejemplo, DDS o EDDS), espesor y estado de endurecimiento
- Diámetros y profundidades críticos, con planos de referencia y tolerancias
- Espesor mínimo de la pared en el radio de la base, donde el adelgazamiento es mayor
- Margen de corte o requisito de acabado del borde, ya que hay que cortar las orejas
- Superficies estéticas, por lo que se descartan desde el principio los defectos tipo «piel de naranja» y las deformaciones por estiramiento.
- El volumen anual y la duración del programa, que determinan el número de tiradas y el tipo de prensa
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre el embutido profundo y el estampado?
El estampado es el conjunto de operaciones de prensa que incluye: corte, perforación, plegado, acuñación y embutición. La embutición profunda es una de ellas y consiste en dar forma a la chapa para convertirla en una pieza hueca, en lugar de cortarla o doblarla. Para ello se necesitan un punzón, una matriz y un sujetador de chapa, y las piezas profundas suelen requerir varias estaciones o prensas.
¿Cuál es una buena relación de reparto límite?
Los apuntes universitarios indican que el valor aproximado máximo para una operación de embutición de una copa cilíndrica es de aproximadamente 2,0, con una reducción inferior a 0,5. El valor real depende del tipo de material, el valor r, los radios de la matriz y el punzón, la lubricación y la profundidad. Considera el valor de 2,0 como una cifra orientativa y pide a tu proveedor que lo confirme con sus propios datos de pruebas.
¿Cómo se evita que se rompa y se arrugue?
Equilibra la fuerza de sujeción: si es demasiado baja, la brida se arruga; si es demasiado alta, impide que avance y la pared se desgarra. Mantén unos radios generosos en la matriz y el punzón, lubrica la brida y el radio de la matriz, y mantén la relación de embutición dentro de los límites. Si la pieza es demasiado profunda, añade una etapa de embutición adicional en lugar de forzar una sola pasada.
¿Se puede utilizar el embutido profundo para prototipos o series pequeñas?
Es posible, pero el uso de utillaje específico y las pruebas de producción hacen que las series pequeñas resulten caras por pieza. El torneado, el hidroconformado o el mecanizado suelen ser más económicos para cantidades reducidas. Una práctica habitual consiste en fabricar los prototipos mediante otro método y, una vez que el diseño se ha estabilizado y los volúmenes justifican la inversión en matrices y pruebas de producción, pasar a fabricar las herramientas de estampación.
¿A qué se debe la formación de rebordes en una taza estirada?
El abombamiento se debe a la anisotropía plana: la chapa se deforma de forma diferente en distintas direcciones con respecto al laminado. El borde de la copa se eleva entonces formando cuatro, seis u ocho picos. Los compradores lo limitan encargando chapa con baja anisotropía plana y dejando un margen de recorte suficiente para poder cortar limpiamente el borde irregular.
Planificación de un proceso de embutición profunda para tu próxima pieza
Comprueba la geometría antes de solicitar presupuestos. Calcula la pieza en bruto, el DR y la relación t/Db, indica la designación del acero y señala dónde es importante el espesor de la pared. Si las cifras indican dos embutidos, calcula el presupuesto para cada estación de embutido profundo. Una revisión de los proveedores antes de fabricar las matrices supone un ahorro mayor que un precio unitario más bajo.
Elite Mold Tech ofrece el embutido profundo como parte de su servicio de estampación de metal. Envía los dibujos a través de la Formulario de solicitud de presupuesto, o consulta todos los servicios en la Página de inicio de Elite Mold Tech.
