conocimientos roscas

Las empresas de estampado metálicoque están investigando acerca deintegrar el roscado dentro de los

troqueles deben comparar los costosde la integración contra los costos derealizar operaciones secundarias deroscado. Dichas empresas debenjustificar el costo de las unidades pararoscar y los costos adicionales de lostroqueles en base a una producciónelevada que permita hacer viableeconómicamente la integración delroscado dentro del troquel. Estoexcluye la mayoría de trabajos deestampado de corta duración comocandidatos viables para la integracióndel roscado en el troquel.

Generalmente, todas las aplicacionesde roscado integrado en un troquelocurren en troqueles progresivos y detransferencia de alto volumen.Los costos de roscado como

segunda operación pueden variardependiendo de la complejidad de lapieza, número de agujeros a roscar y lafacilidad de mover las piezasestampadas a una máquina secundariade roscado. Adicionalmente, el espaciodentro de la compañía para

operaciones secundarias será un factorimportante. Si se requiere comprar unequipo secundario para roscar, puedeque el costo del equipo secundario porsi sólo justifique el integrar el roscadodentro del troquel, debido a que elequipo secundario a menudo puedecostar lo mismo o más que lasunidades para roscar usadas dentro deltroquel más los costos adicionales deadaptar el troquel. El costo promedioen la industria para una operación

Conocimientos básicosdel roscado integradoen troqueles¿Quiere agregar roscadointegrado a los troqueles dentrode sus capacidades deproducción? Lea este artículopara aprender todo sobreorientación de unidades pararoscar, recorrido del machuelo ysincronización, requerimientos enel diseño del troquel,requerimientos de lubricación ydetección de machuelosquebrados.

Por Tom Hutchison

En la mayoría de los casos, lasempresas de estampado prefierenroscar con una unidad que trabaje de arriba hacia abajocomo la que se muestra aquí. Debido a que la mayoría de losagujeros roscados se forman hacia abajo, hay unacontaminación mínima en la unidad para roscar debido a que la lubricación y lasvirutas caen fuera del proceso. Una aplicación típica es la progresión plana(derecha) para la industria electrónica.

Tom Hutchison es presidente deHutchison Tool Sales, Bensenville, IL;www.hutchisontool.com.

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secundaria de roscado gira alrededorde 1 peso por pieza, dependiendo delas especificaciones.La diferencia entre la velocidad de

producción cuando las piezas sonroscadas o no dentro del troqueltambién afecta el costo final. Lavelocidad de producción a la que laprensa puede trabajar cuando seintegra el roscado dentro del troquel escontrolada por la velocidad en rpm(revoluciones por minuto) a la que elmachuelo puede trabajar y aseguraruna vida razonable del mismo. Los dosfactores que controlan las rpm delroscado son el diámetro del machueloy el material de la pieza. Generalmente,la mayoría de roscados formados pordeformación en acero dulce puedencorrer de 30.5 a 36.5 metros-superficiepor minuto (de 100 a 120 SFM–strokes per minute–, sistema inglés),mientras que los materiales de altaresistencia y aceros inoxidablesrequieren una velocidad un pocomenor. De 18.3 a 24.4 metros-superficie por minuto (de 60 a 80SFM) para aceros de alta resistencia yde 6 a 12.2 metros-superficie porminuto (de 20 a 40 SFM) para acerosinoxidables. El uso de estas velocidadesde alimentación junto con el diámetroapropiado del machueloproporcionará una recomendaciónadecuada de las revoluciones porminuto para roscar. Consulte unmanual de maquinados o las hojastécnicas de un fabricante para obtenergráficas que convierten metros-superficie por minuto (SFM) a rpmpara tamaños particulares demachuelo. Usando los parámetros derpm, las empresas de estampadopueden discutir velocidades deproducción estimadas con proveedoresde unidades para roscar en relación altamaño del machuelo, el material de lapieza y la carrera de la prensa.

Orientación delas unidades para roscarLas empresas de estampado

seleccionan comúnmente entre tresestilos populares de unidades pararoscar: unidades mecánicas

“desarmador yanqui”, que conviertenel movimiento lineal de la prensa enmovimiento circular para girar elmachuelo; unidades de bielas queutilizan bielas y levas para activar elmecanismo de empuje y unidades queutilizan servomotores.Generalmente, todas las unidades

de roscado pueden funcionar porencima de la progresión (de arribahacia abajo), por debajo de laprogresión (de abajo hacia arriba) y, enalgunos casos, en el mismo plano de laprogresión (horizontalmente). En lamayoría de los casos, se prefiere roscarde arriba hacia abajo ya que la mayoríade los agujeros extrudidos para roscarson formados hacia abajo, de estaforma existe una contaminaciónmínima de la unidad para roscar. Lalubricación y virutas caen porgravedad lejos del proceso de roscado.Roscando de arriba hacia abajotambién se proporciona fácil acceso a

la unidad de roscado permitiendo elcambio de los machuelos en la prensa.El roscado de abajo hacia arriba se

usa cuando el formado de la pieza lodicta de esa manera o paraaplicaciones donde la progresión selevanta mucho para avanzar dentro deltroquel. Los machuelos están situadosmas abajo de la altura de movimientode la progresión dentro del troquel y elmachuelo actúa desde debajo de laprogresión. Roscar de abajo haciaarriba reduce la cantidad demovimiento de la progresión que senecesita, en comparación con lasunidades que roscan de arriba haciaabajo, cuando se usan unidades pararoscar mecánicas. Otro uso común delas unidades para roscar de abajo haciaarriba es en troqueles de transferenciamanual, debido a que es fácil cargar laspiezas en el troquel sin el estorbo querepresenta una unidad para roscar dearriba hacia abajo y puede interferir

Para roscar piezas conextrusiones largas, comoplacas automotrices roscadas(derecha) o aquellas que requieren operaciones complejas de formado y entroqueles que requieren un levantamiento de la progresión 5 mm. o más; lasempresas de estampado requieren de unidades con seguidoras de la progresión.Las unidades sacan el machuelo fuera del recorrido de la progresión moviéndosefísicamente hacia arriba y hacia abajo junto con la progresión cuando esta esempujada hacia abajo hasta el nivel de la matriz y hacia arriba hasta su puntomás alto en los botadores.

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con la carga.Mientras la inmensa

mayoría de las piezas conroscas se roscan en planoantes de formarse, algunoscasos no lo permiten. Si unarosca está demasiado cercade un doblez que alrealizarlo deforme lascuerdas de la rosca entoncesse debe roscar después deldoblez. Para estos casos sepueden utilizar unidadeshorizontales y angulares.

Determinando el tipode las unidades pararoscar de acuerdo ala aplicaciónLas unidades mecánicas para roscar

estándar se usan en piezas simples ócon muy pocas formas. Las piezasroscadas con unidades para roscarmecánicas estándar se usancomúnmente en troqueles donde laprogresión se levanta menos de 5mm.,permitiendo a los machuelos moversehacia arriba y afuera del recorrido de laprogresión, debido únicamente almovimiento mecánico de la caja deengranes de la unidad para roscar. Estetipo de unidades para roscar se utilizapara piezas utilizadas de la industriaelectrónica. Los proveedores deunidades para roscar también puedenconfigurar las unidades mecánicaspara correr múltiples agujerosroscados con una única unidad,reduciendo la cantidad de espaciorequerido dentro del troquel pormúltiples unidades.El segundo tipo de unidades

mecánicas para roscar es el seguidor dela progresión o de ensamble móvil.Estas unidades roscan piezas conextrusiones elevadas, que requierenoperaciones complejas de formado oen troqueles que requieren unlevantamiento de la progresión de5mm. o más. Las unidades sacan elmachuelo fuera del recorrido de laprogresión en movimiento,moviéndose hacia arriba y hacia abajojunto con la progresión a medida quese cierra por completo el troquel y se

regresa al punto superior de losbotadores. Estas unidades tambiéneliminan la necesidad de recorridoextra de la progresión en el troquel, adiferencia de las unidades para roscarmecánicas estándar. Además, lasunidades seguidoras de la progresiónpueden ser configuradas con múltiplesmachuelos para reducir el espaciorequerido para roscar.Las unidades de bielas se usan en

troqueles con agujeros de 6.5mm. dediámetro omenores con posicionesalejadas de los extremos de laprogresión. Estas unidades no usantornillos motrices que se montan en elporta-punzones, lo que permite a lasempresas de estampado ensamblarunidades de bielas enmedio de untroquel sin ninguna interferencia de lasmismas. La unidad viene sólo enconfiguraciones para un solo machuelo.Las unidades para roscar servo-

actuadas permiten movimientos delmachuelo independientes almovimiento de la prensa. Cuando elporta-punzones se mueve hacia arriba,el machuelo no necesariamente losigue y puede seguir moviéndose haciaabajo a través de la progresiónmientras que la prensa se abre. Esto haprobado su utilidad en dosaplicaciones comunes para unidadesservo-actuadas: machuelos dediámetro grande y materiales difícilesde roscar. El recorrido independiente

del machueloprovee tiempo paraactuar más ampliodurante el ciclo del

golpe de la prensa queayuda a disminuir las rpmdel machuelo. Esto es crucialcon machuelos de grandiámetro, ya que las rpm sonun factor crítico aldeterminar la velocidad degolpe de prensa.Las unidades para roscar

servo-actuadas a menudo seusan en prensas detransferencia debido a quecarecen de bielas o usillosmotrices que puedaninterferir con los

mecanismos de transferencia. Además,algunas unidades servo-actuadaspueden ser empleadas enconfiguraciones de múltiplesmachuelos.

Recorrido del machueloy sincronización conel troquelLa discusión de los recorridos del

machuelo y su sincronización con eltroquel, es en esencia donde se aplica lateoría. Muchos estilos de unidadespara roscar pueden efectuar la mayoríade trabajos de roscado, pero sin unasincronización adecuada ningunapuede ser exitosa.Para calcular los recorridos

mínimos del machuelo se comienzapor obtener todos los parámetros delas piezas: espesores del material aroscar, tamaño del machuelo y enalgunos casos la cantidad que se va alevantar la progresión. Adquiriendoesta información es donde la empresapuede determinar la relación deengranes adecuada para la aplicación.Cada unidad para roscar tiene un

relación de engranes o recorrido debiela que determina cuanto viaja elmachuelo en relación al golpe de laprensa. Esta relación de engranes tienedos funciones; una, determinar cuantoviaja el machuelo por cada milímetrode recorrido del porta-punzones ycalcular las revoluciones por minuto

Esta pieza con una única rosca se produce a gran volumen.El proceso de producción sería más caro si la empresa deestampado realizara la rosca en una segunda operación,debido al costo del manejo de material y los dispositivospara fijarla de una manera confiable.

Conocimientos básicos del roscado integrado en troqueles


(rpm) generadas en el machuelo amediada que avanza el porta-punzones. La relación de engranes nosda la proporción entre el recorrido delmachuelo requerido y la necesidad demantener las rpm del machuelo en elrango recomendado por el fabricantepara que el machuelo trabaje sinpresentar desgaste prematuro. Estosignifica que entre más baja sea larelación de engranes más pueden serlos golpes por minuto (gpm) de laprensa, pero también se requiere másrecorrido de la prensa para roscar lapieza. Por ejemplo, una unidad conuna relación de engranes de 2:1, puederoscar al doble de la velocidad de unaunidad con una relación de 4:1 perorequiere el doble de golpe.Los siguientes ejemplos ilustran

como la relación de engranesdetermina el recorrido del machuelo,los tiempos del troquel y la velocidad.

Ejemplo 1 (en sistema inglés)Tamaño del machuelo: #8-32

Material: Acero 1008-1010Espesor del material: 0.075"Levantamiento de la progresión:0.050"Golpe de la prensa: 4 pulgadasUnidad para roscar: Mecánica dearriba hacia abajo

Recorrido total del machuelo =espesor de la pieza + 5 hilos de larosca + levantamiento de laprogresión = 0.075" + 0.156" +0.050" = 0.281"

Recorrido del machuelo porpulgada de recorrido de la prensa= relación de engranes/avance delmachuelo (hilos por pulgada)Relación de engranes 3:1 = 3/32 =0.093Relación de engranes 4:1 = 4/32 =0.125Relación de engranes 5:1 = 5/32 =0.156

Golpe de la prensa necesaria pararoscar = Recorrido total delmachuelo/recorrido delmachuelo por pulgadas de

recorrido de prensaRelación de engranes 3:1 =0.281"/0.093" = 3.02"Relación de engranes 4:1 =0.281"/0.125" = 2.25"Relación de engranes 5:1 =0.281"/0.156" = 1.80"

Golpes aproximados por minutode la prensa para un golpe de 4"y 2400 rpmrpm = 2 x relación de engranes xgolpe de la prensa (pulgadas) xgolpes por minutogpm., para:Relación 3:1 – 100 golpes/min.Relación 4:1 – 75 golpes/min.Relación 5:1 – 60 golpes/min.La relación más baja de 3:1 requiere

el golpe más largo para el roscado,pero al mismo tiempo tambiénpermite la mayor velocidad en golpespor minuto de la prensa.

Ejemplo 2(en sistema métrico)Tamaño del machuelado: M8 x1.25



(20.32 hilos por pulgada)Material: material de alta resistenciay baja aleación (HSLA por sussiglas en inglés)Espesor de material: 6.35 mm., altaextrusiónLevantamiento de la progresión:19.05 mm.Recorrido del golpe: 254 mm.Unidad para roscar: Seguimientomecánico de la progresiónRecorrido total del machuelo =espesor de pieza + 5 hilos de rosca= 6.35 mm. + 6.25mm. = 12.6mm.

Recorrido del machuelo pormilímetro de golpe de la prensa =relación de engranes x 0.394 /avance del machuelo (hilos pormilímetro)Relación de engranes 1.5:1 =(1.5)(0.0394)/0.8 = 0.074Relación de engranes 2:1 =(2)(0.0394)/0.8 = 0.098Relación de engranes 3:1 =(3)(0.0394)/0.8 = 0.148

Golpe de la prensa necesaria pararoscar = Recorrido total delmachuelo/recorrido del machuelopor milímetro de golpe de laprensaRelación de engranes 1.5:1 =12.6/0.074 = 170.7 mm.Relación de engranes 2:1 =12.6/0.098 = 128.0 mm.Relación de engranes 3:1 =12.6/0.148 = 85.3 mm.

Golpes aproximados por minutopara diez pulgadas de recorridode golpe y 800 rpm = 2 x relaciónde engranes x recorrido de prensa(mm.) x golpes por minuto x0.0394Golpes/min. para:Relación 1.5:1 – 26 golpes/min.Relación 2:1 – 20 golpes/min.Relación 3:1 – 13 golpes/min.

Nota: En el ejemplo 2 ellevantamiento de la progresión no fuenecesaria, debido a que con unidadesde seguimiento de la progresión la

unidad de roscado se mueve con laprogresión cuando esta se eleva. De lamisma manera que en el ejemplo 1, lasrelaciones de engranaje más bajasrequieren más recorrido del porta-punzones para roscar pero corren avelocidades más altas de producción.

Requerimientos dediseño para el troquelRoscados integrados en el troquel

exitosos toman en cuenta los siguientesrequerimientos en el diseño deltroquel:• Se diseña espacio suficiente para

las unidades para roscar dentro deltroquel, incluyendo la altura de cierrenecesaria así como espacio para elmecanismo de accionamiento.• Fijar la progresión antes del

roscado con recorrido adecuado delpisador o equivalente con unidadespara roscar mecánicas.• Pisador fijador de la progresión

con presión y holgura mínima paraunidades para roscar de seguimiento



de progresión (ensamble móvil).• Sincronización adecuada del

movimiento de la unidad para roscarcon el movimiento de la progresión enunidades de seguimiento de laprogresión (ensamble móvil).• Ángulo de alimentación adecuado

para alimentar la progresión despuésque los machuelos se alejan de laprogresión.• Lubricación de machuelos en la

prensa.• Monitoreo de machuelos

quebrados en la prensa.Tres de los puntos anteriores

requieren mayor explicación. Elprimero: fijar la progresión conrecorrido adecuado del pisador o elequivalente con unidades para roscarmecánicas. La progresión debe sersujeta sobre la matriz antes de que losmachuelos entren a la pieza y seguirsujeta hasta que el machuelo sale de lapieza y se mueve fuera del recorrido dela progresión cuando avanza dentrodel troquel. Esto es extremadamente

importante, ya que sería virtualmenteimposible lograr una buena rosca si laprogresión se mueve hacia arriba yhacia abajo durante el roscado. Elresultado de una progresión que no sesujeta sólidamente son roscas barridaso machuelos quebrados.El segundo y tercer puntos que

necesitan mayor explicación van de lamano. Con las unidades para roscasmóviles, el roscado se inicia antes quela progresión sea sostenidasólidamente contra la matriz. Estopuede ocurrir porque la progresiónestá siendo atrapada por un eyector óun pisador de presión además de teneruna holgura mínima entre laprogresión y la cara inferior de launidad para roscar. Gracias a que laprogresión es atrapada por el pisadorde presión y la unidad para roscar, elmachuelo puede iniciar antes de que laprogresión esté completamente abajosobre la matriz.El tercer punto se relaciona con la

sincronización de la progresión al

seguir el movimiento de la unidad pararoscar a medida que la progresión esbajada hacia la matriz. A medida que laprogresión es llevada a nivel de lamatriz, la unidad para roscar requieretambién presionar hacia abajo en laporción de seguimiento de laprogresión por parte de la unidad pararoscar. Si la sincronización no ocurre,existe la posibilidad de cuerdasbarridas o machuelos quebrados.Para finalizar, la integración exitosa

de roscado dentro de troqueles se lograal conectar los requerimientos dediseño del troquel con lasincronización y el recorrido delmachuelo. El equilibrio de estosfactores da como resultado un troquelque funciona sin problemas enproducciones de decenas de miles deroscas entre cambios de machuelos.

Guía para el tamañode agujeros punzonadosUna pregunta común respecto a la

integración del roscado es; ¿qué se hace


con la viruta? La inmensa mayoría deaplicaciones usan roscados deformación por deformación, los cualesno producen viruta durante el proceso.Otras ventajas de los roscados deformación por deformación incluyenmayores velocidades de producción,cuerdas más fuertes y en algunos casos,mayor vida de la herramienta. No esraro que los machuelos para formarpor deformación corran al doble de

velocidad que los machuelos porviruta. También, debido a la resistenciade una cuerda formada pordeformación, una del 65 por ciento amenudo es más fuerte que una cuerdadel 75 por ciento fabricada por unmachuelo por viruta. Mientras que lavida promedio del machuelo va de10,000 a 15,000 agujeros, enaplicaciones de agujeros menores losmachuelos pueden formar hasta

100,000 agujeros antes de desgastarse.Debido a que los machuelos por

deformación desplazan material másque cortarlo, el tamaño de los agujeroses mayor que el que se usa paramachuelos por viruta. La precisión enel tamaño del agujero para roscasformadas por deformación es crítica;0.03 a 0.05 de milímetro puedensignificar la diferencia entre una roscade 65 por ciento y una de 75 por cientoademás de marcar la diferencia entrelograr una larga vida del machuelo.Por lo general, la mayoría de los

porcentajes de profundidad de lacuerda de las roscas formadas pordeformación caen entre el 55 y el 75por ciento, con la mayoría cerca del 65por ciento. Emplee siempre elporcentaje más bajo de rosca quecumpla las especificaciones del cliente,esto maximiza la vida útil delmachuelo. Muchas aplicacionescomerciales pueden usar roscas del 55por ciento y tienen una resistencia másque suficiente para su aplicación. Porotra parte, la mayoría de piezasautomotrices y para la seguridadrequieren un mínimo de 65 por cientode cuerda para mantener losrequerimientos de diámetro menor dela pieza. Esto debe ser especificado porel cliente.Para determinar el tamaño correcto

del agujero para diferentes tamaños deroscas y porcentajes de cuerda consulteun manual de maquinado, o mejoraún, la mayoría de los fabricantes demachuelos muestran una gráfica ensus catálogos especificando tamaños deagujeros o número de broca parausarse con machuelos de formado pordeformación.

Requisitos de lubricaciónLas roscas formadas por

deformación se realizan en un procesode alta presión similar al embutidoprofundo. Las empresas de estampadopueden seleccionar entre varioslubricantes para el procesodependiendo del material que se va aroscar así como del diámetro delmachuelo.Habitualmente, los machuelos en el



rango de #10 (0.188") o M5 puedenusar una variedad de métodos delubricación. Muchas compañíasemplean pequeños rociadores en lasestaciones de roscado. Debido a queestos machuelos pequeños no creanuna gran cantidad de calor, norequieren un flujo continuo delubricante, las empresas de estampadose evitan la suciedad por exceso delubricante.Cuándo se roscan agujeros de

0.250", M6 o mayores, lubricación porinundación ó de flujo constantefunciona mejor. Las roscas de mayordiámetro generan más calor y las rpmdel machuelo se vuelven más críticasen relación al golpe de la prensa. Elexceso de calor no sólo requiere demayor lubricación, sino que el procesodebe ser diseñando para extraer elcalor del proceso de roscado. Lo másusado en estas aplicaciones es unlubricante soluble en agua paraembutido profundo, que en la mayoríade los casos, es el mismo lubricante

que se usa para formar en el resto deltroquel. Cuando se roscan diámetrosmayores (0.50" ó 12.7 mm. porejemplo) o se roscan materialesdifíciles, como acero inoxidable, puedeser necesario usar lubricantesespecíficamente diseñados para roscar.

Detección de machuelosquebradosUna preocupación común con la

integración del roscado en el troquel esdetectar los machuelos quebrados. Enla mayoría de los casos, cuando sequiebra un machuelo en cualquieroperación (roscado secundario,maquinado de centros, prensas parabarrenar, etc.) es resultado de una malaalineación entre el machuelo y elagujero. La ventaja de integrar elroscado dentro de un troquelprogresivo es justamente estaalineación. Si el machuelo y el agujerono están alineados dentro del troquelhay muchas posibilidades quetampoco se este produciendo una

buena pieza en el resto del troquel.Descartando esta razón, existenciertamente otras maneras de que seestén quebrando los machuelos, comopunzones quebrados que no esténhaciendo el agujero a roscar o un maldesplazamiento de la progresión queconlleva a quebrar el machuelo.Para detectar los machuelos

quebrados las empresas de estampadocomúnmente usan sensores deproximidad. Esto requiere que elmachuelo toque físicamente un sensor,el cual envía una señal al control de laprensa, indicando que el machuelo hacompletado un ciclo. Estos sensorestienden a ser más confiables que lossensores infrarrojos ya que lalubricación puede impedir que lossensores reciban una señal clara. MF

Para mayor información visite

la sección de Empresas en Tool &

Die/Lubrication de:

www.metalformingmagazine.com.


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