Corte con cizalla

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Corte con cizalla

Proceso mecánico de corte recto de lámina y placa que se caracteriza por emplear dos cuchillas que se deslizan entre sí. Se basa en un aplastamiento, seguido de un corte parcial por penetración en la superficie de la pieza finalizando con la fractura del resto de la sección de corte sin arranque de viruta.

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1. Cizallado

Cizallar un metal es seccionarlo por medio de dos cuchillas de aristas vivas (con filo), que se deslizan una contra otra.

La fuerza de empuje que las cuchillas de la cizalla ejercen sobre el metal, provocan en principio un aplastamiento del mismo, seguido de un corte parcial debido a la penetración de la cuchilla superior, enseguida la presión somete a las fibras de metal a un esfuerzo de tracción; las fibras se endurecen rápidamente por acritud (modificación de las propiedades mecánicas por acción mecánica en frío) y se rompen.

Los bordes cizallados tienen formas características, encima de la superficie de corte hay una región que se llama redondeado (depresión hecha por la cuchilla superior), debajo de ésta hay una región relativamente lisa llamado bruñido (penetración de la cuchilla superior), enseguida está la zona de fractura (movimiento hacia abajo de la cuchilla superior), por último, al fondo del borde está la rebaba (filo causado por la elongación del metal durante la separación de las dos piezas).

Se puede realizar con herramientas manuales, de brazo, de palanca o mecánicas.

El cizallado de una lámina metálica ocurre:

  1. Inmediatamente antes de que la cuchilla superior (punzón) entre en contacto con el material,
  2. la cuchilla superior comienza a oprimir la pieza de trabajo causando deformación plástica,
  3. la cuchilla superior comprime y penetra en la pieza de trabajo formando una superficie lisa de corte y
  4. se inicia la fractura de los dos bordes de corte opuestos que separan la lámina.

Los símbolos “v” y “F” indican movimiento y fuerza respectivamente, t = espesor del material, c = juego entre cuchillas.

2. Corte con cizalla

Es un proceso en frío donde las piezas se separan cuando se aplican fuerzas iguales a la placa, pero en sentido opuesto.

En la industria metal-mecánica, se utilizan varios tipos de máquinas cizalladoras, en las cuales encontramos cizallas de: guillotina, de palanca, de rodillos y circulares.

Las cizallas de guillotina son las más frecuentes en los centros de trabajo. Son máquinas utilizadas para operaciones de corte de lámina o placa (acero, aluminio, acero inoxidable, cobre) de espesores hasta de 25 mm.

La estación de trabajo consta de dos cuchillas (de acero templado) rectas que pueden ser cortas (entre 180 y 300 mm) o largas (entre 1 a 5 m), la cuchilla inferior es fija en posición horizontal; la superior esta inclinada (se desplaza en forma vertical), a fin de penetrar progresivamente en el material, cortar una parte de la fibras y repartir el esfuerzo de cizallado. Como las dos cuchillas son rectilíneas, el ángulo de ataque permanece constante en el curso de su desplazamiento relativo.

Los filos de la cuchillas penetran en el material por acción de la fuerza principal en la cuchilla superior y la fuerza en el apoyo (cuchilla inferior), originando una deformación plástica en las superficies de la lámina. En ambos lados se produce un entallado profundo.

El ángulo de ataque no debe sobrepasar los 30° para que la cuchilla penetre y no repela el material. En la practica, éste ángulo varía entre 2° y 5° para cizallas de cuchillas largas y entre 10° a 20° para las de cuchillas cortas.

La operación hace que se alcance el límite de rotura del material, produciendo grietas en la pieza, originándose una superficie de fractura basta y granulosa.

La resistencia que opone un material a la separación por cizallado se llama resistencia a la cizalladura. En consecuencia, el material posee una resistencia mecánica contra el cizallado, por lo que, al aumentar la fragilidad del material disminuye la cizallabilidad.

Esta propiedad se caracteriza porque disminuyen las proporciones de entalla y corte en la sección de cizallado. En contraparte aumenta la superficie de fractura.

El valor de proporción de la superficie de fractura es de:

  • aproximadamente 0.4% del espesor para materiales blandos (dureza de 135 – 160 HB)

  • aproximadamente 0.8% del espesor para materiales duros (dureza de 275 – 300 HB)

Al aumentar el contenido de carbono, el acero disminuye su cizallabilidad. Por lo general se utiliza acero estructural ASTM A-36, con una resistencia de 48 – 55 kg/mm² y un porcentaje de carbono de 0.26% máximo, dureza de 135 – 160 HB.

Para que los filos no se dañen mutuamente se dispone de un juego entre cuchillas (llamado claro). De éste depende la precisión y calidad del corte de la pieza.

El claro (c) es la distancia entre las cuchillas y está en función del espesor del material.

Para espesores gruesos mayores de 6.4 mm, es más difícil de lo normal realizar el corte, por lo que se tiene que incrementar el claro sin sobrepasar el 15% del espesor del material. Cuando se utiliza una cizalla exclusivamente en un espesor dado, el claro óptimo es de 10% el espesor del material.

A la inversa si el material es muy delgado, se puede requerir un menor claro para minimizar las rebabas. Los claros típicos fluctúan entre 4 – 8% del espesor del material (t), menores de 6.4 mm.

Si el claro es demasiado pequeño (a), las líneas de fractura tienden a pasar una sobre otra, causando un doble bruñido y requiriendo mayor fuerza de corte. Si el claro es demasiado grande (c), los bordes de corte mordisquean el metal resultando una rebaba excesiva, superficies de corte desiguales con grietas y mayor rugosidad.

La distancia del claro correcto (b) depende del tipo de material y de su espesor. La distancia de éste se determina de la siguiente manera:

c = a • t
c = claro
a = factor (en función del la dureza del material)
t = espesor de la lámina
Factor (a) Material
0.045 Aleaciones de aluminio, todos los temples 11005 y 5052S
0.060 Aleaciones de aluminio 2024ST y 6061ST; latón, todos los temples; acero suave laminado en frío; acero inoxidable frío.
0.075 Acero laminado en frío, dureza media; acero inoxidable dureza media y alta

En operaciones especiales que requieren bordes muy rectos como el rasurado y el perforado, el claro es solamente el 1% del espesor del material.

No es recomendable realizar cortes justos o muy cerca de los extremos de la lámina o placa, debe existir un área de contacto suficiente para que las cuchillas produzcan un corte efectivo. A esta operación se le conoce como desorille, se recomienda que éste sea de 4 - 8 veces el espesor del material.