guias de laboratorio de troqueleria

rnB\ \:L--:.\ Editorial

ECCI

Titulo Original: Guías de Laboratorio Troquelería

ISBN: 978-958-8330-48-8

Autores: Héctor Julio Moreno· Arbey Florez Cuervo

(O 2009 Primera Edición - Derechos Reservados de Autor

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIAlES - ESCUElA TECNOLóGICA

Se prohíbe la reproducción total o parcial de este documento por cualquier medio sin el permiso escrito del autor.

Impreso en Colombia por: COLGUr Ej)iLO=ICl Tel.: 311 865 6661

Editorial - ECCI

Impreso en Colombia Printed in Colombia

CONTENIDO

PágINTRODUCCiÓN

Guía 1 Troquelado........................................................................... 3JustificaciónCompetencias1. Fundamento Teórico.2. Diferentes Clases de Prensas Para Montaje de los Utillajes.3. Componentes Principales de una Prensa Excéntrica.4. Actividad de Evaluación.5. Trabajo Independiente.Bibliografía

Guía 2 Tecnologíaen la fabricaciónde troqueles............................... 15JustificaciónCompetencias1. Fundamento Teórico.2. Planificación del Proyecto de un Troquel.3. Actividad de Evaluación.4. Trabajo Independiente.Bibliografia

Guía 3 Preparaciónde la tira y alimentacióndel troquel..................... 27JustificaciónCompetencias1. Fundamento Teórico.2. Actividad de Evaluación.3. Trabajo Independiente.

Guía 4 Clasificaciónde Troqueles.................................................... 37JustificaciónCompetencias1. Fundamento Teórico.2. Por el Proceso de Transformación.3. Por la Operación que Realiza la Matriz.4. Por los Ciclos de Producción

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5. Troqueles Axiales.6. Troqueles Manuales.7. Actividad de Evaluación.8. Trabajo Independiente.

Guía 5 Troqueles Progresivos ···· .. ·······················.. 51JustificaciónCompetencias1. Fundamento Teórico.2. Clasificación de las Matrices Progresivas.3. Aspectos Técnicos Básicos de Diseño.4. Aspectos Técnicos Específicos de Diseño5. Actividad de Evaluación.6. Trabajo Independiente.Bibliografía

Guía 6 Punzonado y Cizallado ·· · ·.. ·.. ·.. · 71JustificaciónCompetencias1. Fundamento Teórico.2. Actividad de Evaluación.3. Trabajo Independiente.Bibliografía

Guía 7 Doblado · ······· .. ·········· .. ··········· 85JustificaciónCompetencias1. Doblado2. Actividad de Evaluación3. Trabajo Independiente

Guía 8 Embutido, estampado y acuñado ·· .. ·.. · ···.. 97

JustificaciónCompetencias1. Embutido2. Estampado3. Acuñado4. Actividad de Evaluación5. Trabajo Independiente6. Bibliografía

TROQUELERfA

9NT~(J1J1JCC9ÓNA través de la historia han evolucionado muchos procesos demanufactura con el único fin de hacer más productivas las empresas,quiere decir esto que se debe producir más, con mejor calidad y abajos costos, por lo tanto las personas encargadas de hacer que estosuceda, diseñan, modifican, hacen reingenieria, modifican procesos eincluso influyen en el cambio de pensamiento de las personas parallegar a objetivos puntuales, es por esto que los procesos detransformación de metales por arranque de viruta, procesos en frío ytransformación en caliente ha avanzado a pasos agigantados también.

En el campo de los procesos de mecanizado por arranque de viruta,se ha evolucionado en las máquinas herramientas, incluyéndoleselementos electrónicos y sistemas, de tal forma que se tienen softwareespecializado y controles electrónicos diseñados exclusivamente parahacerlas más productivas; en el caso de la transformación en frío y enel que nos compete Troquelería, se han diseñado máquinas paracortar metal únicamente, no aplican para embutidos o estampados, yaque para esto se requiere de algún elemento ffsico para realizar laoperación, los procesos de corte más utilizados son por rayos láser ychorro de agua, son utilizados para cortar pequeñas cantidades depiezas, siendo en determinado momento muy costoso para grandestirajes de producción; es por esto que la fabricación de troqueles se hamantenido a través del tiempo por ser un proceso que solamenterequiere del diseño mecánico y la capacidad del ser humano paracrear y/o modificar herramientas para aplicaciones precisas, eldesarrollo de la Troquelería ha consistido en mejorar los materiales delas matrices, la precisión en el mecanizado de todos los elementosutilizando máquinas herramientas más versátiles, pasar de bajasvelocidades de troquelado a altas velocidades, diseñando troquelesprogresivos de alta velocidad y rediseñando o modificando las prensaspara troquelar.

En este compendio de guías se tienen establecidos los conceptosbásicos para el diseño y cálculo de troqueles, con los cuales losestudiantes estarán en condiciones de poder diseñar y fabricartroqueles.

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Editorial

ECCI

TROQUElERfA

t;1J91lf)'E t1l'801<1lr01(JO N° DI

r1(Of21IElilf)OJUSTIFICACiÓN

Dentro de los procesamientos industriales encontramos diariamente elementos opartes que son fabricadas mediante el proceso de troquelado. Viendo laimportancia que ello tiene en el campo industrial, es ideal que el estudiante tengaconocimiento sobre toda la gama de operaciones como sus respectivasaplicaciones, para obtener un producto o parte del mismo a bajos costos y altosestándares de calidad.

Paralelo a ello debemos conocer muy bien dos elementos básicos en esteproceso como son; la maquinaria necesaria para ello y los troqueles que son losque finalmente definen la forma y dimensiones de la pieza

COMPETENCIAS

./ Comprender la importancia que tiene el diseño adecuado de cada pieza afabricar.

./ Comprender la importancia de la evaluación costo del troquel VS costos de la(s) piezas a fabricar; como los beneficios del troquelado.

./ Conocer otras alternativas de fabricación y sus complejidades.

./ Comprender el comportamiento y los esfuerzos a los cuales está sometido unmaterial troquelado.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

Con la producción de piezas y/o componentes de mecanismos en las diferentesindustrias nace la Matricería que es la encargada de estudiar y desarrollar lastécnicas de diseño y fabricación de utillajes adecuados para obtener piezas enserie, generalmente de chapa metálica, sin arranque de viruta o algún otromaterial a trasformar.

Tales utillajes están en la capacidad de obtener números elevados de piezas pordiferentes operaciones como; corte o punzonado, cizallado, embutido, doblado,estampado, acuñado, trefilado, extruido, moldeado, etc. Cuya finalidad básica esla de poder obtener los totales de producción con las mismas especificacionestécnicas requeridas (dimensiones, perfiles, geometrías), desde la primera hasta laúltima pieza producida

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GUIAS DE LABORATORIO

2. DIFERENTES CLASES DE PRENSAS PARA MONTAJE DE LOS UTILLAJES

Primera generación de prensas4

TROQUElERfA

Prensa de balancín: Basada en el método de tomillo sin fin (husillo). La fuerzaque se ejerce sobre el objetivo va en consonancia con el diámetro del husillo(resistencia) por el diámetro del volante más los contrapesos de este.Accionamiento manual.

Prensa de fricción: motorizada. Basándose también en el método del husillo sinfin. Los volantes tangenciales siempre en funcionamiento (según potencia yrevoluciones del motor) y con palanca de mando para poder desplazarloslateralmente, se consigue que friccionen con el volante horizontal que a su vezhace girar el husillo en sentido ascendente o descendente según tenga el volantetangencial en contacto con el volante horizontal.

I~rensa excéntrica moderna: Esta prensa es fabricadaton el mismo principio de las prensas de fricciónrntiguas y son de gran utilidad en procesos deIlroquelados con matrices progresivas

Prensa excéntrica inclinable: Esta prensa es muy utilizadapara producciones de piezas, donde la inclinación del la mesaporta matrices facil~a la remoción del retal ylo la piezatroquelada

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GUfAS DE LABORATORIO

3. COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA PRENSA EXCÉNTRICA

ELECTROVÁLVULA DOBLE

ENGRASECENTRAL~DO

EMBRAGE- FRENO

BASTIDOR DE ACERO

CHARRIÓN DE ACEROI

RUEDA FUNDIDA DE ACERO

BIELA FUNDIDA

CIGÜEÑAL FORJADO Y EJE DE ACERO

TROQUElERIA

nsa de simple efecto hidráulica: de la generación de los años 60/70 de 1000Tcoeladas, Muy empleadas en el copiado y puesta a punto de matrices.

Prensa de doble efecto: de la generación de los años 60 y 70, muy empleadas¡;;a."'a la fabricación de piezas de grandes dimensiones y tonelaje. Las matrices quea: montan en estas prensas son las denominadas de doble efecto para;n, utlcíones profundas

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Prensa hidráulica: Con mesa superior e inferior basculantes muy propia parafacilitar el ajuste de matrices

Línea de prensas: Equipada con tecnología de punta, mesas laterales decambios rápidos de matrices, ordenador de procesos, memoria de procesos, lineade alimentación automatizada o robotizada.

TROQUELERIA

Prensa hidráulica: De carrera lenta ideal para procesos de troquelado enembuticiones profundas.

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GUiAS DE LABORATORIO

MAS SOBRE PRENSAS

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TROQUELERfA

Prensas neumáticas: Estas son muy ideales para operaciones de troquelado que:xl requieran cargas altas.

- eniendo en cuenta las anteriores graficas, se concluye que existen una alta gamace prensas utilizadas para los diferentes procesos de troquelado, la escogencia deestas depende básicamente de los siguientes aspectos:

• Carga necesaria del troquelado o fuerza necesaria (tamaño y material)• Operación de troquelado (Punzonado, embutido, doblado, etc.)• Tipo de utillaje a utilizar (matrices progresivas o simples)• Sistemas de alimentación de las matrices• Sistemas de expulsión del retal o la pieza

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4. ACTIVIDAD DE EVALUACiÓN

PROCEDIMIENTO

1. Atienda las instrucciones indicadas por el Docente.2. Analice todo el contenido de este capítulo y plantéese interrogantes de valor,

para que luego se los traslade al Docente.3. Realice la práctica planteada por el docente.4. Deje en buen estado de orden y aseo el taller al finalizar la jornada.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son los objetivos básicos del troquelado?

2. ¿Cuáles son las principales diferencias entre prensa de carrera lenta y carrerarápida?

3. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una prensa excéntrica?

4. ¿Cuáles son las clasificaciones de las prensas según su medio deaccionamiento?

5. ¿Cuáles son los procesos de troquelado existentes (haga un cuadro con susrespectivas aplicaciones)?

5. TRABAJO INDEPENDIENTE

1. Investigar y realizar un infonne escrito sobre el procedimiento de montaje detroqueles en las prensa.

2. Investigar sobre las diferentes partes de una prensa y realizar un cuadro consu respectiva función.

3. Investigar sobre los principios de funcionamiento de las prensas.

TROQUELERrA

CONCLUSIONES y OBSERVACIONES

JERIALES UTILIZADOS EN LA PRACTICAlfaierialdela pieza. _~rialdelaherram~~~· _

otros: --------------------------------------------

Elaboradopor:

Fecha:----------- Calificacig~'R+:-: --------

Instructor:---------------------------

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BIBLIOGRAFíA

• Manual Universal de la técnica mecánica, de Ober~Jones, editorial c..afx::rr• Troquelado y Estampado, de Tomas López Navarro, editorial: Gustavc

S.A.

WEBGRAFíA

• www.aprendizaje.com.mxlCurso/Proceso2/roscas• www.interempresas.netlmetalmecanica/ Articulo• www.usuarios.lycos.es/jvballesteros/• www.matriceriaaustral.com• www.matriceriamaype.coml• www.matriceriaymoldes.es/

l:iuía Na. 2

TROQUElERfA

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JUSTIFICACiÓN

Conocer a fondo todos los aspectos a tener en cuenta en un proyecto defabricación de cualquier troquel, partiendo desde el diseño, metrología, materiales,mecanizados (convencionales y especiales), tratamientos térmicos hasta la pruebadel ensayo del troquel después de culminado este

COMPETENCIAS

.¿ Al abordar este curso el estudiante ya debe tener conocimiento, habilidad ydestreza en el manejo de todas Maquinas herramientas, como en metrología;pues en este curso deberá desarrollar un gran potencial de aprovechamientode tales recursos

./ Al finalizar el capitulo el estudiante debe estar en la capacidad de hacer unaevaluación costo beneficio sobre la fabricación de un troquel

./ Luego de culminado este capítulo el estudiante debe saberse plantear cualesson los parámetros iniciales para abordar el diseño de un troquel

./ El estudiante adquiere gran conocimiento sobre los diferentes materiales quese emplean en la matriceria, como también de los diferentes tratamientostérmicos y termoquímicos que se le pueden realizar a algunos de ellos,dependiendo de la necesidad de diseño planteada para la fabricación del.troquel

./ En este capítulo y durante todo el curso el estudiante debe demostrar granhabilidad en el manejo de paquetes de diseño (autocad, inventor, salid ege,salid works, etc.) como también en la interpretación de planos y el desarrollode rutas de trabajo (hojas de proceso)

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.:. DISEÑO DE LA PIEZA

La primera etapa que se debe iniciar al proyectarse el desarrollo de un troquel, esel plano de la pieza que se desea producir, pues es con la pieza que se crea lanecesidad de obtener un troquel que optimice la producción de ésta.

Es por ello que el diseño de la pieza debe ser lo más claro y detallado posible,pues todas sus dimensiones y detalles deben ser reflejados en su fabricación,ideal contemplar toda clase de tolerancias de ser necesarias.

En muchas ocasiones y en aras de tener más certeza de esta fase se opta por elmétodo de realizar piezas prototipo (las que sean necearías), cuyo proceso defabricación debe ser muy exacto, se pueden obtener por procesos de arranque deviruta, modelos o algún otro (métodos estos no aconsejables para produccionesen serie por los costos y el rendimiento); esta fase permite que luego de tener elprototipo éste sea analizado en su funcionalidad, apariencia, ensamble ynecesidades inicialmente planteadas.

De no ser así se realizarán modificaciones a mencionados prototipos hasta llegaral 100% de aprobación por el cliente; luego de ello se define el plano final de lapieza, con el cual se proyecta fabricar la matriz requerida.

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Plano pieza

TROQUELER(A

'" GRADO DE DIFICULTAD DE LA PIEZA

aa complejidad de la pieza depende de varios factores como son; la forma, elLatería I, el tamaño, las exigencias de calidad, el acabado, si es pieza deensamble interno, si es pieza de imagen (a la vista), entre otras. Por ende=ependiendo de esta valoración también se hace menos o más complejo elzoquel que se proyecte y por ende los costos de fabricación del mismo, comotambién de la pieza

.:. ANÁLISIS DE COSTOS (viabilidad del proyecto)

Es ideal realizar un análisis detallado sobre los costos de fabricación de un troquely compararlos respecto al volumen de producción proyectado para la piezarequerida.

Quiere decir esto que no es aconsejable desarrollar matrices muy complejas parapequeños volúmenes de producción; dicho de otra manera cuando el volumen deproducción de las piezas requeridas es muy bajo, se recomienda obtener talesfabricaciones por métodos más de manufactura que no impliquen el desarrollo deuna matriz para tal efecto.

Ahora bien si el volumen de fabricación es pequeño, pero por su naturaleza(tamaño, forma, especialidad) el costo de fabricación de la pieza es alto, también

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sería factible evaluar la necesidad de fabricar un troquel (matriz) que agilice laproducción.

Es de anotar que la fabricación de piezas por matrices garantiza eficiencia en laproductividad, estandarización en dimensiones en todo el lote producido, así comoreducción de la mano de obra, entre otros beneficios.

El costo final de fabricación de una pieza está afectada no solo por factores como,mano de obra, materiales y otros; si no por los troqueles que se requieren paraobtener las piezas.

Si se analiza el costo de cada pieza afectado por el número de estas fabricadas,puede dar un paráme(ro de cuanto vare (a raóncacion de un rb(e de piezas y porende cuanto se podría invertir en una matriz para tal efecto, es allr donde se puededefinir)a viabi)idad de fabricar un troque) (matriz) determinado.

Luego de analizar los aspectos anteriores se debe arrancar la etapa de diseño dela matriz, contemplando todos los detalles del plano de la pieza, como suproductividad más efectiva y rentable. Es de anotar que actualmente se cuentancon herramientas bastante avanzadas para llevar a cabo todos los desarrollosnecesarios como son software en, dibujo (autocad, solid edge, solid work, etc.),cálculos de elementos finitos (algor y otros), y programación de manufacturas enmaquinas CAM y CNC (mastercam y otros), también con estas herramientastecnológicas se pueden llegar a realiza modelaciones, simulaciones que dan unamayor claridad y certeza sobre el proyecto trazado y de esa manera brindar mayorclaridad al ejecutar los procesos de mecanizado y/o funcionamiento del troquelproyectado

VALORACIÓN DE COSTES

Estudios CAE de la pieza• Estudio del proceso de transformación de la pteza

Número de utillajes necesarios para su fabrJcacl6nRealización del proyecto en CAD de la matriz

• Realización gráfica del despiece y planos auxiliares• Tamafio de las matrices• Componentes a mecanizar• cantidad y calidad de mater1ales y tratamientos térmicos

Elementos normalizados a utilizar• Programas y herramientas CAM necesarias• Tiempos de trabajo

Horas de mecanizado en fresadora, torno, faladros, erosión, C.N..C.~etc.Montaje y ajuste de matriz

e Pruebas y puesla a punto de la herramientao Homologación y transporte final de la matriz

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FASE DE mSEÑO

TROQUElERIA

FASE DE FABRICAClON

.....- - - - - - - ->'

PLANIFICACiÓN DEL PROYECTO DE UN TROQUEL

ETAPAS BÁSICAS PARA LA FABRICACiÓN DE UN TROQUEL

CREACIÓNDEl MElODO PL'" ,. t - r 1

_ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ CaraC4erisdcas de la pIe:za

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- - - - - Carnc1c,isUéas de la ptcl'lR¡

Tipo de malrizCOn¡umo efe na;al, f.'Ilm~

ANTEPROVECTO l .OEFlNI.clÓN Sislc(1lo. de allm~1'Ir Sisttli'la de- c~lsíóíiProdl,¡~n h:)r~l

Cliente OímcnsiOtlt$OCl"I(;I!álcs

Malrit (;QIi1plctaMecaniSmos ~ICiO~esAo;titO$1 AO::C$OriosNol'ltlar~b5Li¡lcI d'c m;,.1Cri;JIC$Normas~lo

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.:. MECANIZADOS

1. Por arranque de viruta

Son todos los mecanizados realizados por maquinas convencionales y/o CNCdonde se produce desprendimiento de viruta ocasionado este por contactodirecto de herramientas de corte con el material a procesar.

2. Sin arranque de viruta

Cubre toda clase de mecanizados realizados por maquinas donde eldesprendimiento de material no es la gran viruta si no partículas muy pequeñaso polvillo, los cuales normalmente se realizan después de un mecanizado porarranque de viruta; es por ello que se le llaman mecanizados finales, los másconocidos son:

./ Por hilo: proceso único y exclusivo para cavidades pasantes dondeel electrodo es un alambre cuyo", máximo es O.3mm,fabricado enlatón o tungsteno. Estas maquinas son también exclusivamente denaturaleza CNC ya que debe realizar previamente unaprogramación digitalizada de la ruta que debe seguir el corte; Lamesa que soporta la pieza a procesar se desplaza cartesianamenteen los ejes X y Y o angularmente en Z de acuerdo con loscomandos de programación que reciba, simultáneamente el hilo(electrodo) se desplaza desenrollándose de un carrete a otromanteniendo una tensión adecuada del mismo para facilitar lageneración de arco que ocasiona el corte.

• ErosionadoConsiste en remover material mediante descargas eléctricas producidas por

Círred!?ctk7d(7 .r6');??.9/~)a.mBcanjzaf. Exister: dos clases de erosionado;

./ Por penetración: usada para cavidades ciegas o pasantes, donde elelectrodo es previamente fabricado por un mecan\z.ado conarranque de viruta o erosión por hi\o~luego este es montado en elnus{((o de la erosionadora donde después de ser programadaempieza a estampar en la cavidad la forma definida en el electrodo.los materiales adecuados para los electrodos son el cobreelectrolítico y el grafito

• Rectificado (plano y cilíndrico)Proceso de mecanizado por muela o piedra esmeril donde se mecanizansuperficies retirando mínimas cantidades de material y dejando excelentes

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a:abados, existen procesos de rectificados para superficies planas (placas)para superficies cilíndricas (ejes, pasadores).

MAQtnNAS HERRAMIENTAS PARA PROCE SOS PRiMARIOS

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MAQl1INAS HERRAMIENTAS PARA PROCESOS RNALES

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TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQuíMICOS

(U:oosistenen elevar a altas temperaturas el acero de detenninada pieza y luegoOle un tiempo de sostenimiento se enfría bruscamente en diferentes mediosacordes al proceso y a la calidad del acero, Con ello se logra una modificación dea estructura interna de un acero a fin de mejorar propiedades mecánicas de los

mos; los más aplicados en la fabricación de nuestros troqueles son;

..,. Temple

EJ aumente de dureza en punzones y matrices de un troquel como algún otrooomponente sometido a altos esfuerzos, se realizar por el proceso de templado,para lo cual se debe tener claridad sobre las especificaciones técnicas(composición química) del acero como las exigencias del elemento, es ello lo quedefine los procedimientos de calentamiento y posterior enfriamiento del material.


.¡' Revenido

Es un proceso complementario (inherente) e inmediato al temple, consiste enelevar la temperatura del acero hasta aproximadamente un 30% de la temperaturade temple y luego se deja enfriar lentamente al aire o dentro de cal o cemento; alser lento el proceso de enfriamiento permite que la estructura del acero sereacomode mejor a la dejada por el temple (común mente este proceso esconocido como alivio de tensiones) y con ello disminuimos la fragilidad del materialque se había logrado con el temple .

.¡' Cementado

Proceso utilizado para lograr templabilidad superficial en aceros de bajo contenidode carbono. El temple del acero depende directamente del contenido de carbonoque este posea, los aceros con contenidos de hasta 0.3% no responden bien alproceso de temple; es necesario entonces incrementar la cantidad de carbono enla superticie por medio del proceso de cementación o carburación, sometiendo elmaterial a altas temperaturas (900 - 920 C) en medio de una atmósferacementante.

Después de cementado, el material se somete a un proceso de temple paraalcanzar alta resistencia al desgaste superficial.

.¡' Carbonitruración o Cianurado o Nitrocementación

Endurecimiento superticial para el cual un acero se calienta en una atmósferagaseosa de tal composición el carbono y el nitrógeno se absorbensimultáneamente. Las atmósferas utilizadas en este proceso incluyen una mezclade gas portador, gas enriquecedor y amoníaco. Se realiza a temperaturas entre820 y 860 oC y el enfriamiento se hace generalmente en aceite. La bajatemperatura de proceso y un medio de enfriamiento suave, hacen que lasdeformaciones y las probabilidades de agrietamiento en las piezas carbonitruradassean inferiores que en el proceso de cementación.

Como el nitrógeno mejora la capacidad de endurecimiento del acero, lacarbonitruración de los aceros al carbono menos caros para muchas aplicacionesdará lugar a propiedades equivalentes a las que se obtienen en los aceros aleadoscementados .

.¡' Nitrurado

Se realiza para crear una pequeña capa de nitruros de hierro en la superticie delacero, la cual es dura y rígida; aumenta la resistencia al desgaste, la resistencia ala flexión, la resistencia a la fatiga y disminuye el coeficiente de fricción. Se hace a

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TROQUElERfA

s entre 520 "C y 580 "C, por lo que las deformaciones son mínimas en

i::cas aquellas pruebas de medición dimensional, patronal, de forma, de._:ocia de ensayos, etc. Que muestran un valor especifico al utilizar un"r.J~nto determinado, como calibradores vernier, micrómetros, galgas, bloques

comparadores, goniómetro, calibrador de alturas, mármol, durómetro,'-:l'!8r:mr de perfiles, lupas, etc. Todas estas aplicaciones metrologicas son de

rtancia tanto en el diseño como en la construcción de cualquier troquel

:rERlALES EMPLEADOS

AcerosEstos materiales son de gran uso en la fabricación de troqueles paraobtener altos volúmenes de producción, el excelente criterio técnico deelección del acero adecuado contribuye en un alto porcentaje al buen éxitodel troquel a desarrollar y este dependen de la naturaleza del troquel comode la experiencia del proyectista, basada esta en los diferentes historialesde matrices anteriores; es por ello que se debe conocer muy bien la fichatécnica de los diferentes materiales que el mercado ofrece para la industriade la matricería, una clasificación normalizada según los normas AISI ISAE es la siguiente:

• Aceros para trabajo en frío• Aceros para trabajo en caliente• Aceros para trabajo de plásticos• Aceros para maquinaria• Aceros Inoxidables• Aceros rápidos

~ Otros materiales

Paralelo al acero también se emplean en la fabricación de troqueles,bronces, cobre, grafito, aluminios, fundiciones grises, fibras mecánicas,cauchos, entre otros; esto de acuerdo a las necesidades y funciones de losdiferentes componentes del troquel.

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3. ACTIVIDAD DE EVALUACiÓN.

PROCEDIMIENTO

1. Atienda las instrucciones indicadas por el Docente.2. Analice cada unos de los temas planteados dentro de este capítulo y plantéese

interrogantes de valor, para que luego se los traslade al Docente.3. Realice la practica planteada por el docente.4. Qeje en buen estado de orden y aseo el taller al finalizar la jornada.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son las principales diferencias entre el erosionado por hilo y elerosionado por penetración?

2. ¿Cuáles son las principales etapas a tener en cuenta para el desarrollo de untroquel?

3. ¿Qué importancia tiene la valoración de costos en el desarrollo de lamatricería?

4. ¿Cuáles son las principales diferencias entre los mecanizados finales y losprimarios?

5. ¿Cuáles son los principales aceros que conforman cada calcificación citada eneste capftulo (realice un cuadro)?


1. Realice un esquema respecto a la planificación de su proyecto asignado.

2. Investigar sobre los métodos CAD - CAM y su aplicación en la matricería.

3. Con base en el esquema del ítem 1, desarrolle todas las hojas de proceso paralos diferentes mecanizados contemplados en la fase de fabricación de suproyecto.

24Q'

TROQUELERrA

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRACTICAMaterial de la pieza_' _Material de la herramient .....· _

Lubricantes y refrigerantes:

Otros: ~-----

Elaborado por: ~----~------------~----------------

Fecha: %Calificaciy+QR+:-:-....;;;;...-----0"3 ~() 3 -- '191 tInstructor: -------"""'5fL..,.oo...;:~ _


BIBLIOGRAFíA

• METALS HANDBOOCK edición Vol. 5 " Forging and Casting, Americansociety for Metals ..

• Manual Universal de la técnica mecánica, de Ober-Jones, editorial Labor• Troquelado y Estampado, de Tomas López Navarro, editorial: Gustavo Gili,

S.A.

WEBGRAFíA

• www.matriceriaaustral.com• www.matriceriamaype.com/• www.interempresas.netlmetalmecanical Articulo• www.uralsl.com• WWW.enciclopedia.us.es/index. phplT ecnologia

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PP.,p' rac:ián de la tira'CiI~¡R:i~ntac:iándel traquel

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l:iuía Na. :El

TROQUElERIA

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1lt.91vrEN71lC9ÓN 1J~t.7~OaUEt.USTIFICACIÓN

- ~ de los principales aspectos a tener en cuenta en matricería para el desarrollo:e determinado troquel, es hacer un análisis del material de suministro del cual se:esea partir para obtener la pieza que se proyecta fabricar. Dependiendo de ello~ puede definir qué tipo de matriz se puede construir.

__ego de haber definido las condiciones del material a troquelar, se debe evaluar.a 'llanera como debe suministrarse éste a la estación de troquelado a fin deacer más eficiente el proceso como también tal análisis debe conducir a

-:;:.,templar aspectos como; máximo aprovechamiento del material (reducir:esperdicio), menor complejidad de la matriz que proyectase, disminución de:.e"'pos de producción y disminución de riesgos físicos del operador de la=.aquina.

=s de anotar que entre más automatizados los procesos más rentables serian los-:::s.Jftadosde los mismos, pues se opta por producir más cantidad a menor costo

00 PETENCIAS

• El estudiante es este capítulo deberá comprender la importancia que tiene elouen aprovechamiento de material en los diferentes procesos productivosAl finalizar este capítulo el estudiante deberá estar en condiciones de saberrealizar una excelente distribución de las piezas a troquelar con respecto al"aterial suministrado y con ello lograr óptimos diseño de tiras, diámetros dedesarrollo y material inicial para formas irregulares.

_uego de culminado este capítulo se debe tener un buen conocimiento sobreas diferentes formas para hacer mas automático un proceso de troquelado

FUNDAMENTO TEÓRICO

DISPOSICiÓN DE FIGURAS

:.es::nándose el proceso de troquelado a la fabricación de grandes cantidades de:E:aS, la economía del material orientada a la reducción de desperdicios,

'D


representa un factor muy importante que debe ser tenido en cuenta por lamatriceria, es por ello que antes de fabricar el troquel se debe definir muy bien ladisposición de la figura a troquelar en el material que se suministrara al proceso,pero para ello también se debe establecer que operaciones de troquelado se van allevar cabo (corte, embutido, doblado, etc.).

• Embutido

En esta operación se debe determinar la forma y el tamaño del recorte de lachapa, así como el número de las fases y las dimensiones de laherramienta para cada fase de embutición.Para determinar el diámetro del disco para piezas embutidas cilíndricas,hay que calcular la dimensión superficial de la pieza.

Esta dimensión superficial se compone de la superficie del fondo más de lapared lateral. El área de la pieza a recortar (disco en el caso de piezascilfndricas) tiene que ser igual a la de la pieza a obtener. De aquí sedetermina entonces el diámetro o área de desarrollo. Del mismo modo sedetermina el diámetro del recorte (desarrollo) para piezas embutidas quevayan provistas de bridas, un talón ciHndrico o fondo hemisférico.

Los diámetros así calculados proporcionan piezas embutidas tan altas quees necesario recortar en ellas el reborde.

El recortado es necesario porque con solo en piezas con embuticiónpequeñas, la altura es uniforme.

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TROQUElERfA

MOVIMIENTO DEL MATERIAL EN LAS DIFERENTES OPERACIONESDE EMBUTIDO Y DOBLADO

(1)

(4)

(1) (1) (2~

• DobladoPara el doblado también es ideal tener en cuenta varios aspectos, porejemplo en el doblado sencillo debe contemplarse el radio mínimo dedobles (como mínimo su espesor), el retroceso elástico y las propiedadesde alargamiento del material.

Dependiendo del perfil a doblar por complejo que este sea, la longituddesarrollo de la cual se debe partir inicialmente debe asumirse como un

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desarrollo perimetral lineal (en el plano), el mejor procedimiento paraobtener este tipo de información es el mismo asumido en la embutición depiezas irregulares y es el de asumir etapas de desarrollo de piezasprototipo o modelamiento de las mismas que van mostrando elcomportamiento del material en los troquelados proyectados.


Lo anterior quiere decir que no se debe ahorrar esfuerzos y costos en esta etapaque definiría el material de recorte (desarrollo), pues ello redunda en reducción decostos de producción de las grandes cantidades de piezas que se proyectanfabricar con las matrices presupuestadas.

DIFERENTES PROCESOS DE FORMADO

Cb)

• Troquelado secuencial (paso a paso)

Cuando se proyecta la obtención de piezas con procesos progresivos, elmaterial entregado al utillaje se dispone en forma de tira de grandeslongitudes, en ésta se debe prever la ubicación de las figuras a troquelar enla mejor posición que garantice menor desperdicio posible de retal, para elloes ideal tener en cuenta aspectos técnicos de vital importancia como; ladistancia entre piezas, la distancia entre bordes de pieza y bordes de la tira,se aconseja como valor mínimo tres veces el espesor de la tira; laorientación de la pieza esta puede ser horizontal, vertical o inclinada ydepende del ancho de la tira y de cual orientación se ajuste mas al mayoraprovechamiento del material.

(c:)

Cf)

Es de anotar que para garantizar una simetría exacta entre cada avance dela tira dentro del troquel, se debe calcular muy bien dicho avance al cual sele denomina paso, además de ello se tendrá que disponer dentro del troquel

30

TROQUElERrA

oe una serie de componentes mecánicos (retensores de material), Joscuales normalmente son dos (tope o retensor de inicio y tope o retensor decontinuidad). Cabe decir que el mejor método para este diseño consiste enooealizarel plano correspondiente a la distribución de la tira y con éste"lismo arrancar el diseño de la matriz del troquel y luego continuar con el-ssto de desarrollo.

Ranuras de re"tención

/ ~.,

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Es de resaltar que con una excelente preparación de la tira, se puede llegara obtener dos piezas diferentes de la misma, lo cual hace más rentable elproceso, obsérvense dos ejemplos que ilustran mejor tal teoría

OI~" del moWftttnto del material

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31


MaI.n.I d. 80mmd. J.wgo x 90 mm cM lInCho

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D~mejolado

.:. ALIMENTACiÓN DE UN TROQUEL

El proceso de entrega de material a una estación de troquelado, depende de lanaturaleza con la que fue fabricado el utillaje; normalmente cuando se trabajanpiezas con embutidos profundos la alimentación se realiza de forma manual por eloperario y con ayuda de mecanismos de izaje cuando su peso y tamaño esconsiderable; de igual manera sucede en las operaciones de doblado y con lasmismas connotaciones del embutido; es de anotar que para estos caso elproyectista de matricería debe prever en el utillaje mecanismos para la ubicaciónexacta del material sobre la matriz.

Ahora bien cuando se trabajan operaciones con matrices secuenciales, tambiénexisten diferentes alternativas de alimentar el troquel con la tira a troquelar, porejemplo cuando se trabaja con tiras de longitudes cortas el operario manualmentedesplaza mencionada tira hacia la matriz (teniendo cuidado con el manejo de lostopes para retener y ubicar el material en la posición exacta).

Cuando el material a prensar viene en formatos de rollos (grandes longitudes detira), a fin de hacer más eficiente el proceso se debe adecuar sistemas dealimentación automáticos, accionados estos directamente con mandos mecánicosque incluso pueden aprovechar los mismos movimientos de la prensa.

Incluso en este campo se ha avanzado tanto la tecnología que hoy en día existenunidades de alimentación demasiado sofisticadas que las comercializan

32

TROQUELERIA

ependientemente de las prensas, pues han desarrollado programadoresée::trónicos para tales alimentadores que solo es adecuarlos a los tableros de::::. :rol de cualquier prensa.

:",x'" todo ello lo que se conlleva es a no disponer de un operario para cada- sa, pues en la medida que se automatizan los procesos, el operario se puedezar para inspeccionar la producción de varias maquinas a la vez.

ALIMENTADOR MECANICO

ESTACION DE PRENSADO CON AUMENTACION AUTOMATIZADA

11. Palpador de material I 15.6.7.a. Allmentodor1 2. Devanadora I 1 9. Pfensa I1 3- Endertl.ldor I

9

1011 12 13 1~

1 ... Palfl<1ldorde avance

3

110. Carro superior Prensa I111.12- Troceadorretales I1 13-1U!npa evacuaclón I

33



PROCEDIMIENTO

1. Atienda las instrucciones indicadas por el Docente2. Analice cada unos de los temas planteados dentro de este capítulo y plantéese

interrogantes de valor, para que luego se los traslade al Docente,3. Realice la practica planteada por el docente4. Deje en buen estado de orden y aseo el taller al finalizar la jornada

CUESTIONARIO

1. Calcular el paso asumiendo que su proyecto es desarrollado como una matrizprogresiva.

2. ¿Cuál sería la distribución de tira ideal según el ítem anterior?

3. ¿Cómo se calcula el material de recorte para piezas con formas irregulares yque presentan embutidos profundos?

4. ¿Cuáles son los las factores que influyen en la preparación de la tira?

5. Realice un pequeño cuadro sobre las ventajas y desventajas de los diferentessistemas de alimentación de los troqueles según las operaciones de prensado.


1. Investigar y realizar un informe escrito sobre los diferentes comportamientos delos materiales en cada proceso de prensado al cual es sometida la chapa.

2. Investigar y realizar informe escrito sobre las diferentes partes de unalimentador y su funcionamiento.

3. Investigar y realizar informe sobre los sistemas de alimentación para troquelescoaxiales.

34

TROQUELERIA

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

ATERIALES UTILIZADOS EN LA PRACTICAaterial de la píeza., - -aterial de la herramient .....· _

...ubricantesy refrigerantes:

Otros: _

Elaborado por:

Fecha:----------- CalificacilH'+:---------

Instructor:---------------

35


BIBLIOGRAFíA

• Die Design Handbook, Frank W. Wilsom, editorial McGraw-Hill.• Manual Universal de la técnica mecánica, de Ober-Jones, editorial Labor• Troquelado y Estampado, de Tomas López Navarro, editorial: Gustavo Gili,

S.A.• Fundamentos de manufactura moderna, Mikell P. Groover

WEBGRAFíA

• www.aprendizaje.com.mxlCurso/Proceso2lroscas• www.interempresas.netlmetalmecanica/ Articulo• www.books.google.com/boo• www.monografias.comltrabajos23/embutido-chapas/embutido• www.matriceriamaype.com/

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e asific:ac:ián deTraqueles

l:3uía Na. 4

TROQUELERfA

(#1J9;tloz f.1-l13(J~T(J<R:J(JN° 04Ct.;tlS9~9C;tlC9ÓN oz T~(JaUEt.~S

J USTIFICACION:

Cada vez que se requiere diseñar cualquier tipo de pieza para ensamblar a unsistema determinado, se debe establecer el proceso de transformación para:XOducirlo,entre éstos se encuentran por arranque de viruta, fundición, laminación en:aliente, laminación en frío, conformado por presión y temperatura, procesos denyección y soplado, entre otros, de igual forma por el proceso que nos compete eneste capítulo que es la transformación de chapas metálicas por deformación en frío,para lograrlo se utilizan diferentes dispositivos y herramientas, denominadas Matriceso troqueles, por lo cual se hace necesario conocer la clasificación de los mismos paraseleccionar el más apropiado al momento de diseñar la pieza y el troquel.

COMPETENCIAS:

./ Identificar correctamente los tipos de troqueles según su clasificación

./ Seleccionar adecuadamente el proceso de troquelado

./ Definir los parámetros de diseño constructivo para fabricar el troquel requerido

1.FUNDAMENTO TEÓRICO

Existen múltiples clasificaciones para los troqueles y dependen de diferentesvariables o condiciones de las mismas, se clasifican en tres grandes grupos,según el proceso de transformación, según la operación que realiza el troquel ypor último según los ciclos de producción.

2. POR EL PROCESO DE TRANSFORMACiÓN.

En esta clasificaciónse toma en cuenta básicamentela forma en que procesanla chapa,hay troquelesaxialesy troquelesprogresivos,cada unode estasclasificacionesse trataránen lasguíassiguientes,dondese establecenlosparámetrosde cálculoy de fabricación.

> AxialesSon los troqueles diseñados para procesar piezas donde el material esalimentado uno a uno, y normalmente este troquel está compuesto por unpunzón y una matriz, normalmente denominada troquel básico.

> ProgresivosSon todos aquellos troqueles que por su diseño pueden ejecutar en un soloaccionamiento de la maquina (golpe) diferentes operaciones de troquelado

37


(punzonado, corte, doblado, estampado, etc.) por la existencia de variospunzones; y adicionalmente a ello la presentación del material a troquelar estádada en tramos de gran longitud a fin de facilitar su alimentación en formatransversal (ver guía 5)

3. POR LA OPERACiÓN QUE REALIZA LA MATRIZ.

~ CorteSon todos aquellos troqueles utilizados para la fabricación o procesamiento depiezas donde existe separación de materiales por cizallamiento o punzonado(ver guía 6)

~ DobladoSon todos aquellos troqueles utilizados para la fabricación o procesamiento depiezas planas o cilíndricas donde existen modificaciones en formaslongitudinales a materiales de gran ductilidad (ver guía 7)

~ EmbutidoSon los troqueles utilizados para generar formas de distinta geometría o granprofundidad en materiales con un buen coeficiente de elasticidad (ver guía 8)

~ Estampado y AcuñadoSon los troqueles empleados para grabar por impacto toda clase de logotipos,textos o formas geométncas en alto o bajo relieve (ver guía 9)

4. POR LOS CICLOS DE PRODUCCiÓN

~ De pruebasCada vez que se requiere realizar la comprobación de algún tipo de pieza afabricar en cuanto a su resistencia mecánica, geometría o desempeño, sediseñan y fabrican troqueles para realizar dichos ensayos y determinar enlaboratorio si es factible la fabricación en serie de la pieza; básicamente es untroquel de mediana exigencia, ya que la cantidad de golpes que tiene de vidaútil lo determina el ensayo esporádico y selectivo de las piezas a ensayar.

~ De prototiposEste tipo de troqueles es básico y consiste en fabricar una o varias piezas paraensamblar en un modelo prototipo, con el fin de determinar la correctaintercambiabilidad de partes y corregir los problemas que se presenten antesde entrar a producción, la inversión de recursos en este tipo de troqueles eslimitado, ya que si no surte el efecto requerido se desecha o modifica;intervienen en este tipo de procesos operaciones manuales tales como cortecon cizallas manuales, tijeras, repujados, etc.

38

TROQUElERJA

,. De producciónDespués de haber realizado todas las pruebas con los troqueles de prueba olos de prototipos, se procede a fabricar los troqueles de producción, los cualesson diseñados y calculados de acuerdo a las necesidades preestablecidas,estos troqueles son los progresivos, axiales, de corte, doblado, embutido,estampados.

5. TROQUELES AXIALES

Famblén denominados coaxiales, utilizados especialmente cuando se requiereccncentrtcldad entre las piezas con diferentes punzonados, estos troqueles son losa -nentados en forma paso a paso o manualmente, se alimenta pieza por pieza encada golpe o ciclo de trabajo, hay troqueles con prensa chapa y otros con placa.......ente denominada también placa guía extractora, están compuestos de partes:as cas según figura N01, cabe anotar que en este tipo de troqueles axiales..a.mbién se incluyen los que son completamente manuales y consistencaslcarnente en un punzón, se determinan a continuación algunas características-~ construcción y de operación.

Recomendable para piezas que requieran

una gran concentricldad entre diferentes

punzonados. --_

Figura No 1

Componentes básicos

Todo troquel debe tener componentes básicos constitutivos por más sencillo queeste sea, dichos elementos son placas de apoyo, punzón, matriz, placas-=_"Íideras,tornillería, etc., deben ser calculados de acuerdo a los parámetros deas guías siguientes y la selección de los materiales y tratamientos térmicos de:cuerdo a la vida útil y más exactamente a la cantidad de piezas a fabricar, todosestas herramientas de decisión han sido y serán tratadas en las guías:.esarrolladas para el curso de Troquelería.

38

GUrAS DE LABORATORIO

Para agilizar la fabricación de los troqueles, se encuentran en el mercado algunasde las partes constitutivas y comunes de los troqueles, tales como las basessuperior e inferior con sus correspondientes columnas y guías ensambladas,también los bujes y guías sueltas debidamente tratadas térmicamente, resortespara los prensa chapas, espigas de sujeción o muñones.

Figura No 2

• Espigo de sujeción (pieza 1 Fig. 2)

Elemento cilíndrico roscado en un extremo, cuya función básica es la de fijar laparte móvil del troquel al bastidor móvil de la prensa o troqueladora, lasdimensiones varían de acuerdo a la maquina y a la carga para la cual estádiseñado el troquel; normalmente se fabrican en aceros de bajo o medioCarbono.

• Base superior e inferior (piezas 2-7 Fig. 2)

La base superior es una placa que sostiene a la placa porta-punzones yalgunas veces cuando la carga no es muy alta o su ciclo de trabajo es bajoactúa como sufridera, quiere decir esto que los punzones tienen contacto conella y posiblemente éstos se incrusten en ella debido a la carga que se leimprime a los punzones en el instante de trabajo, la placa inferior sirve como

40

TROQUElERIA

apoyo a la placa matriz lo cual le permite absorber la carga que éstainicialmente soporta, esta placa es la que sirve para sujetar el troquel a la mesade la prensa las dimensiones de estas placas deben permitir que todos loscomponentes queden de fácil acceso y además que se pueda amarrar a lamesa de la prensa o troqueladora, son fabricadas de aceros de bajo carbono,fundición de hierro o chapa de hierro A36 o HR.

• Sufridera Inferior y Superior (piezas 2-7 Fig. 4 )

Cuando los punzones soportan altas cargas, se requiere instalar placasadicionales montadas entre los punzones o placas matrices y las placas inferiory superior del troquel, con el fin de evitar que los punzones o placas matricesse incrusten en las bases, se emplea acero de medio Carbono, incluso enalgunos casos se utilizan insertos endurecidos enfrentados a la posición de lospunzones o también se puede colocar como pieza intermedia una lamina defleje, que también cumple la función de absorber las cargas sin temor a serdeformada, cabe anotar que con esta última alternativa se puede reducirnotablemente costos de fabricación del troquel (ver figura 2), también seutilizan platinas de acero tratadas térmicamente a durezas entre 50 y 57 HRC.

• Placa porta punzones (pieza 6 Fig. 4)

Como su nombre lo indica es la placa que aloja todos los punzones, vaamarrada con tornillos Allen Cap (Bristol con cabeza, BCC) y pines de posicióna la base superior, los alojamientos de los punzones deben ser normalmenteagujeros escalonados a fin de evitar que los punzones se queden adheridos almaterial troquelado en el instante de trabajo, esta disposición evita otro tipo defijaciones de los punzones a estas placas. Normalmente se usa para este tipode componente acero de medio Carbono.

El espesor recomendado está en la tercera parte de la longitud del punzón, lacara de apoyo debe ser perpendicular con el alojamiento del mismo y el ajustedel punzón con esta placa debe ser deslizante sin juego o ajuste apretadoneutro (aiuste cero cero).

l., ..,

PORTA PUNZÓNAVEUANAOO PORTA PUNZÓNABOCAROAOOFigura No 3

41


• Punzones (piezas 4 -9 Fig. 2 Y 4)

Son los machos de corte, quiere decir que tienen la forma de la pieza a fabricary debido al gran esfuerzo de trabajo se construyen en aceros de altasexigencias mecánicas y a los cuales se les puede realizar tratamiento térmicononnalmente de temple. Los aceros empleados en la fabricación de punzonesdependen de la función de este (corte, cizallado, punzonado, doblado, etc.),entre los más comunes tenemos SAE 2379, SAE 2510, SAE 2436 (ver guía 2).

Los componentes anteriormente mencionados conforman la parte móvil deltroquel y los que a continuación reseñaremos forman la parte fija

• Placa Matriz (piezas 8-3 Fig. 2 Y 4)

Determina la forma hembra de la pieza a fabricar y junto con el punzón son lasdos partes que finalmente realizan el troquelado; los aceros empleados en sufabricación dependen de la función de este (corte, cizallado, punzonado,doblado, etc.), entre los más comunes tenemos SAE 2379, SAE 2510, SAE2436, 2080, 2055 (ver ouía 2).

• Placa pisad _ Fi~uraNo 4

Denominada también prensa-chapas, en algunos troqueles de corte se utilizadicha placa que está montada sobre la placa superior acompañada deresortes, cauchos o algún elemento elástico, con el fin de hacerla retornar alpunto de partida, su función es básicamente evitar que la chapa se quedeamarrada al macho, en otras palabras hace las veces de placa extractora; esuna aplicación diseñada especialmente para los troqueles de embutir (ver guía8), preferiblemente de profundidades considerables y consiste en una placa de~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

punzones, ésta es trotante sobre unas guías y ejerce una fuerza hacia afuera(abajo) mediante la acción de los resortes dispuestos a compresión. En el inicio

42

TROQUELERfA

del cierre del troquel esta placa presiona gradualmente la lamina a embutircontra la matriz evitando que en el proceso de embutido queden pliegues(arrugas) en el borde de las piezas embutidas; es de anotar que la carga deresistencia de los resortes debe ser menor a la carga necesaria para eltroquelado, esta placa está fabricada de aceros de bajo carbono.

El espesor recomendado es del 40% de la longitud o espesor de los punzones,su cara de apoyo debe estar perpendicular a los alojamientos de los punzones,su ajuste debe ser un H7 y la fuerza de extracción del 10% de la fuerza decorte calculada.

• Placa puente (pieza 5 Fig. 4)

En la mayoría de troqueles de corte se utiliza esta placa para guiar la tira dechapa que se va a transformar, consiste en una platina de acero muchas vecesde bajo carbono para troqueles de baja exigencia (depende de la aplicación sufunción es igual al de la prensa chapa, con la diferencia que también se utilizajunto con las reglas guías para guiar la tira de chapa que se va a transformar,es de anotar que la distancia entre las reglas guías es por lo menos cuatroespesores más grande que la medida más grande de la pieza a fabricar:también se utiliza un extractor que se ubica dentro de la placa matriz, con el finde extraer el material que queda dentro de ésta, .

• Columnas y bujes guías (piezas 10-11-12 Fig. 2 Y 4)

Son los encargados de mantener el troquel perfectamente alineado, de talforma que el punzón y matriz permanezcan con las mismas holguras dediseño, entre los materiales de fabricación se utilizan aceros de medio carbonode cementación para las columnas, fundición gris, bronces, aluminio, cojinetesde agujas y de esferas para los bujes guías, estos últimos son utilizados en eltroquelado de alta velocidad en troqueles progresivos; el ensamble de éstos enlas placas superior e inferior se realizan por interferencia.• Placa extractora

En algunos troqueles no se requiere dicha placa ya que el material cae pordebajo de la prensa o troqueladora, en otros casos se requiere tener la piezanuevamente sobre la matriz para ser procesada en otro paso del troquelo porla misma construcción del mismo, por lo tanto esta placa extrae ya sea elmaterial de retal o la pieza terminada, su fuerza de extracción es igual al delprensa chapa 10% de la fuerza de corte.

• Elementos de sujeción o amarre en troquele y moldes

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Son todos los elementos que hacen parte de la fijación entre componentes deltroquelo de este a la respectiva máquina para su posterior producción; entreellos tenemos:

Tornillería: normalmente se utilizan TBCC, TBSC, TBCC Avellán; todos estoscon el fin de asegurar una excelente superficie de asentamiento entre caras

Pines o pasadores de posición: estos normalmente son cilíndricos en aceroSAE 2510 Y su función es la de corregir cualquier holgura de desplazamientoque deja normalmente un amarre entre placas con los solos tomillos, se debenutilizar como mínimo en una superficie dos pasadores debidamentedistribuidos. En otras palabras la función de estos es garantizar exactamente ysiempre la misma posición del conjunto atornillado.

• Accesorios adicionales

Son todos los elementos que no forma parte directa del troquel, pero que al sermontados en la maquina son de vital importancia, las paralelas son placas quecomo su nombre lo indica deben tener el mismo espesor a fin de ganar alturaen el posicionamiento del troquel en la maquina; bridas y pernos de anclaje,son los elementos que fijan el troquel a la maquina; expulsores adicionales sonaccesorios utilizados en algunos troqueles de embutido y estos mecanismosson accionados de manera mecánica o neumática, entre ellos tenemos losalimentadores, utilizados básicamente en troqueles progresivos, son sistemasque se diseñan para alimentar continuamente la tira del material al troquel, loshay con accionamiento mecánico o control electrónico, estos deben estarcompletamente sincronizados con el funcionamiento de la troqueladora

7. TROQUELES MANUALES.

Este tipo de troqueles es básico, consiste en un solo punzón o matriz, utilizadopara producir cantidades muy pequeñas de piezas, para marcar o forjar, sufuncionamiento es simple y solamente se requiere un martillo para golpear elelemento o en algunos casos un poco más avanzados se utilizan máquinassencillas tales como las remachadoras o forradoras de botones y troqueladoras demesa, entre estos tenemos, marcadores numéricos, sacabocados, estampadores,y punzones de formas; las piezas a fabricar son de materiales blandos, talescomo, cuero, papel, hojalata, aluminio, cobre, latón, etc., no se requiere realizarningún cálculo de fuerzas o similar, solamente tener el conocimiento básico sobreaceros, tratamientos térmicos y desarrollo de figuras. .

Punzones para perforado de cuero

CARGAS DESCENTRADAS.

TROQUElERIA

Sacabocado con mango plástico

Punzón forjado para troquelado manual

En procesos automáticos de producción son muy utilizados los troquelesprogresivos, estos se aprovechan al máximo debido a su alta productividad enespecial para altas velocidades, se considera un troquelado de alta velocidad apartir de los 200 golpes por minuto, en su fabricación son ubicados diferentespunzones, tanto de corte como de embutido, por lo tanto la línea de acción de lasumatoria de todas las cargas requeridas posiblemente quede descentrada conrespecto a la línea de acción de la aplicación de la fuerza de la troqueladora.

Las cargas descentradas influyen en el deterioro prematuro de los troqueles,prensas, máquinas automáticas y en la presentación de las piezas fabricadas, yaque se pueden presentar rebabas debido a la desviación causada por laexcentricidad, por lo tanto se debe prestar mucha atención al momento de diseñar.

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Carga Descentrada Severa

I

Figura No 4

Como se observa en la figura 4, hay dos cargas desiguales actuandosimétricamente en el troquel, al momento del golpe se genera una desviación deuna base con respecto a la otra, perdiéndose el paralelismo entre las placassuperior e inferior del troquel, generándose un momento de ladeo, el cual ocasionaque la matriz sufra de desportillado e incluso la rotura.

Tomemos el siguiente ejemplo del troquel de la figura No 5 para realizar el cálculodel momento de ladeo, aplicando conceptos de estática podemos observar que elresultado del momento de ladeo es de 210 ton-pulgada, quiere decir esto que seubica a una pulgada aliado izquierdo de La línea de acción de la prensa.

48

TROQUELERfA

Para solucionar este inconveniente se puede tomar más de una solución, entreellas está el desviar el troquel con respecto a la línea de acción de la prensa oreubicar los punzones y matrices en las placas del troquel.

Calculo Total del Momento de LadeoO

~I..,. -

l· TrOQUel.'

01 = +610.D2 -+310.D3.-3ln,D4 --6 In.

F1 = 40 tonelmF2 ¡;¡ 30 tonelmF3 .. 20 tonelmF4.10 tonelOOaS

L }-02 03F2

1F1 O

A = F1 + F2 + F3 + F4 = 100tooelalasíMo ;; Fl D1 + F2D2 + f303 + F404 ¡;¡

~6) + 30(3) + 20(.3) + 10(-&1- +210 In.-tooeladasYo • Momento Total de LadeoR • Total de Todas la Fuerzas

Figura No 5

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Nombre: ____________ Código: _


Calcule la posición de desviación en la cual se debe colocar el troquel si se tienentres punzones que se encuentran ubicados de acuerdo a la figura.

-_- -_:!_. ..

P-RENSA .,,:r .. .... - ....

15TON 75 TON45 TON

I 2 PUL l4 :.

6PUL'~¡-14

4PUL. .1CUESTIONARIO

1. Como se clasifican los troqueles de acuerdo a su operación2. Que entiende por fuerza descentrada en los troqueles3. Enumere diferentes diferencias entre un troquel axial y uno progresivo4. Qué función cumple la placa prensa chapa en un troquel de embutido5. Cuál es la diferencia entre un troquel de embutido y uno de estampado.

8. TRABAJO INDEPENDIENTE.

1. Investigar sobre un troquel para embutido extra-profundo y enunciar lascaracterísticas de las chapas para este proceso

48

TROQUElERfA

BIBLIOGRAFíA

• T001 DesignAutor: Cyril DonaldsonEditorial: McGraw - HiII Book Company

• Troquelado y EstampadoAutor: Tomas López NavarroEditorial: Gustavo Gili, S.A.

WEBGRAFiA

• Elrincondelvago.com• Books.google.com.co• Wikipedia.com

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Guía Na. !i

Traq eles Prataresivas

TROQUELERIA

(jU91l oz t.1l'801<1l70~O N° 0771(0(11AEf..r.S fJ1(O(j1<;ES9VOS

JUSTIFICACiÓN

El éxito de proyectar utillajes o matrices progresivas es permitir la obtención degrandes producciones en "Just in time" o justo a tiempo, lo que garantiza unarápida amortización de los troqueles empelados para tal efecto. Estos troquelesconstan de diferentes etapas o pasos, cada uno de ellos modifica el material conuna secuencia previamente establecida por el diseñador o proyectista dematriceria, de tal manera que al final se obtiene una pieza o piezas terminadas.

Estos troqueles son altamente productivos aunque su mantenimiento y operaciónes más compleja que en los otros casos y requiere de mayor capacitación delpersonal involucrado aunque por supuesto vale la pena todo ello por los beneficiosproductivos.

Las matrices progresivas son construidas con el objeto de producir altosvolúmenes de piezas pequeñas y mediana, con la finalidad de que seanfabricadas a imagen y semejanza de cómo se harían en dos, tres o mas útiles,pero que para recudir costos todas las operaciones se agrupan en una sola matriz.

Para asegurar la repetitividad en el proceso es muy común el uso dealimentadores automáticos para lograr el avance requerido, aunque no es raro vertroqueles progresivos alimentados "manualmente" en cuyo caso requieren de una"cuchüla de paso" que garantiza el adecuado posicionamiento del material dentrode la herramienta, esto por supuesto genera pérdidas debido a que este sobrantese agrega a la merma, incrementando el peso bruto de cada unidad y porconsiguiente el costo de producción.

COMPETENCIAS

~ El estudiante es este capitulo deberá comprender con facilidad la importanciaque tienen la utilización de la matriceria progresiva en el desarrollo de laindustria

./ Luego de culminado este capítulo se debe tener un buen conocimiento sobrelas diferentes funciones que cumple cada elemento que hace parte de untroquel progresivo como la implementación de otras que optimicen sufuncionamiento

./ Al finalizar este capítulo el estudiante deberá estar en capacidad de diseñar untroquel progresivo contemplando las diferentes operaciones que se puedenrealizar en las fabricaciones que se proyecten

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.:. FUNCIONALIDAD

El troquel progresivo representa un instrumento de base en el desarrollo de piezasde pequeño y mediano tamaño participes éstas de diferentes sectores de laindustria.

Estos troqueles son realizados en un sólo pasaje, la doble fase de estampado,doblado y corte, son ideales para producir colgantes, pendientes, herrajes, partesautomotrices, partes de electrodomésticos, componentes de la juguetería, etc.

Al hablar de troquelado progresivo se entiende que la pieza a troquelar lleva variasetapas (como mínimo dos) hasta que está completamente terminada, es decir quecada golpe de la prensa o troqueladora hace una parte de esta pieza y el últimopaso es el corte total. Quiere decir ello que el éxito de una matriz progresiva esllevar unida la pieza a la tira o banda (asi sea sujeta de superficies pequeñas)hasta que realice la penúltima operación de transformación y luego de ello elúltimo paso consiste en el desprendimiento total por corte de dicha pieza, luego deello ésta cae a un recipiente de piezas terminadas, mientras la banda sigueavanzando en la transformación de una nueva pieza y así sucesivamente hastaculminar la longitud de la tira.

La siguiente figura ilustra los argumentos anteriormente expuestos y adicional aello este es un ejemplo de una pieza que tiene operaciones de embutido poretapas (tema que será tratado en capítulos siguientes), lo cual hace que la tira obanda inicie con un ancho y culmino con otro debido al aporte de material de losbordes para los embutidos. Cabe anotar que tal ejemplo corrobora como sepueden realizar diferentes operaciones de troquelado en una matriz progresiva(cortes y embutidos para esta pieza)

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\

52

TROQUELERIA

2. CLASIFICACiÓN DE LAS MATRICES PROGRESIVAS

• Matriz progresiva de puente para corteSon muy utilizadas para prensar tiras o bandas relativamente cortas conmáximo dos operaciones de prensado y cuya alimentación es manual,situación por la cual como se puede ver en la figura su alimentación es enforma frontal, la realiza directamente el operario quien en ese mismoinstante va inspeccionando y controlando el proceso. Empleados parapiezas que requieran pocas operaciones.

• Matriz progresiva con pisador

Utilizada para procesos en los cuales existan embutidos con profundidadesun poco significativas y/o también donde hayan sucesiones de cortes condistancias entre ellos un poco estrechas, el pisador como su nombre loindica garantiza una adherencia total de la banda a la superficie de la matriza fin de que se puedan realizar las operaciones proyectadas; ello contribuyea que no se deforme menciona banda o que la pieza salga defectuoso(cortes deformes y pliegues). fI"

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53


• Matriz progresiva con guía de punzones y puente

Cuando el utillaje poseepunzones muydelgados (en diámetro yesbeltez) y/o lastolerancias entrepunzón y matriz sonmuy estrechas, es idealprever la utilización deuna placa guía depunzones, la cualgarantiza unenfrentamiento exactoentre matriz y punzóneliminando así riesgosde rotura de alguno de estos elementos, además garantiza que debido a lascargas que soportan los punzones, estos no pierdan su linealidad vertical.

,

,

~

Glia de punzones

En muchos casos se aprovecha esta placa también para guiar la banda,para tal efecto se le debe disponer de una ranura por donde ésta sedesplazará, adicional a ello mencionada placa sirve de expulsión de labanda de los punzones; esta clase troquel es muy utilizado paraproducciones con operaciones de corte y estampado o embutidos deprofundidades poco significativas.

• Matriz progresiva mixtas

Como su nombre loindica en este tipo deutillaje se puedenrealizar variasoperaciones comocorte, estampado,rebordeado, doblado,etc. A diferencia delas dos primerasclasificaciones, sumatriz es abierta parafacilitar el avance dela tira, quiere decirello que la guía debanda está provista de dos regletas laterales.

54

TROQUELERfA

atriz progresiva transfer

Básicamente este tipo de matrices son muy utilizadas en líneas de70ducción demasiado exigentes y automatizadas, donde se pueden-ealizar muchas operaciones y con diferentes formas, ciertamente y como lo""1uestrala figura se dispone de una sucesión de utillajes en linea que de...'la manera secuencial transforman una lamina, en determinado momentose pueden suprimir utillajes o intercambiar la secuencia de estos; lo cualaepende de la pieza a construir.

Estas son muy utilizadas en la fabricación de diferentes piezas conoperaciones muy universales o similares (solo se intercambian algunos~que'es).

3. ASPECTOS TÉCNICOS BÁSICOS DE DISEÑO

Se debe determinar cuantos pasos progresivos o secuenciales tiene el troqueladoze la pieza proyectada, que sistema de alimentación va a implementarse como

:nbién la extracción de la pieza y de los respectivos retales. Como se

55


manifestaba en capítulos anteriores es ideal establecer la distribución adecuadade la tira y luego de ello empezar a diseñar la matriz.

Respecto a los materiales con los cuales se fabrican estas matrices, es ideal noescatimar en bajas calidades de acero ya que su naturaleza hace que seencuentren arista vivas, estrechas tolerancias, cavidades relativamente cercanas,fricción continua, como altos ciclajes de carga por los continuos "golpes" detroquelado; factores que hacen exigente el trabajo de tales matrices.

Es por ello que es aconsejable hacer la mejor elección de los materiales aemplear según el componente y para ello se debe documentar sobre los diferentesproveedores de aceros que avalen con los certificados de calidad y fichastécnicas tales productos que comercializan.

Por otro lado la elección adecuada del método de mecanizado también es prendade garantía para lograr las estrechas tolerancias y formas exigidas según lanecesidad del proyectista, como también es pilar fundamental la calidad deltratamiento térmico que se realice y ello sí que influye cuando se trabaja conaceros no certificados plenamente.

4. ASPECTOS TÉCNICOS ESPECíFICOS DE DISEÑO

• Componentes del troquel

Como se vio en el capitulo anterior los troqueles tienen una serie decomponentes muy universales como son:../ Espigo o bulón: el cual depende de la carga del troquel y del sistema de

fijación de la prensa prevista../ Base superior: allí va alojado el espigo y los bujes de las columnas,

además es quien sostiene al porta punzones../ Porta punzones: como su nombre lo indica aloja los punzones../ Punzones: los que generan la carga de transfonnación../ Casquillo guía: aloja las columnas../ Base inferior: soporta la carga del troquel, sirve de fijación del utillaje a

la mesa de trabajo de prensa../ Matriz: soporta la carga de transformación../ Columnas: junto con los casquillos enfrentan las dos mitades del troquel

Adicional a ello cada utillaje posee otra serie de componentes más específicos, loscuales dependen de la necesidad y por ende del diseño proyectado para casosespecíficos

58

TROQUElERfA

• Paso de la matriz

l,~ 11-, -, , o ,

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11

0' 1,:- '1-

p

Estudio proceso de transformaciónPSIO 235mmMeno. 64mmEspesor 08 mm

pPaso: 61.5 mm.Ancho: 25 mm.

Esp.:O.8mm

En un tornillos el paso es la distancia entre filete del mismo luego en matriceria eloaso es la distancia existente entre el centro de la primera cavidad de la matrizcon respecto a la segunda y así sucesivamente, teniendo en cuenta una pequeñaseparación entre ellas (que hace parte del retal) para garantizar adherencia de lapieza a la tira.

Desde luego para garantizar un avance correcto de la banda, donde no puedeexistir riesgos de errores, se utilizan diferentes sistemas de topes como porejemplo por cuchilla de paso, corte auxiliar o buscadores; todos estos aditamentosen rnatrícerla dan seguridad de un avance seguro y correcto a fin de evitardesperdicios de material y/o operaciones inadecuadas que pueden poner enriesgo la vida útil del troquel.

Para tal efecto es muy importante partir del diseño de la tira, a fin de lograr diseñarla matriz previendo el paso necesario de ella, como se puede observar en lasiguiente grafica, se tienen dos alternativas de distribución de la banda de lascuales la más rentable y por su puesto más viable es la de posición vertical de lapieza ya que la matriz no se hacen tan alargada, aprovechando mejor el centro decarga de la prensa, además se pueden obtener más piezas en ciclo (cierre o golpede la prensa), aunque esto también depende del ancho de banda disponible enalgunos casos.

57


• Topes retensores de material (posicionadores)

Teniendo en cuenta la importancia del paso (avance exacto de la banda), es idealprever la necesidad de algunos elementos en el interior de la matriz que realizan eltrabajo de ubicar perfectamente la banda en el lugar ideal para el prensado.

En primera instancia se debe disponer de un tope para el inicio de la banda (solose utiliza en cada cambio de ésta), se debe tener en cuenta que tal tope debeestar cerca de la primera fase operativa de la matriz (a la entrada de la tira), puesde lo contrario las primeras piezas saldrían con proceso incompletos y engrosadael rubro de retal, es cierto que en esa fase de inicio gran parte de la secuencia deltroquel actuara en vacio hasta que su avance complete la secuencia operativa.Cabe anotar que en muchos casos es el operario adiestrado quien acciona el topeinicial en mención (pues no es tan cíclico por la longitud de la tira).

Adicional al tope inicial se utilizan una serie de elementos posicionadores debanda, que permiten el avance progresivo de la banda según el paso calculado.En las siguientes figuras se pueden observar algunos métodos para garantizar elpaso de la matriz con cuchilla de paso y posicionadores

Método A

É$t.... tOIM, conSiste en realIZar un cortelateral.n la tira de cha .. de una longitud equivalente., palO de la matriz '1ele una anchura de ..2 veces el espesor, con lo CUlI .. reduce ,lancho debanda, de lonna que, ., avanzar 'sta, la parte mu anchl chocari conlra un lope dispuestasobre '1 ptIcI malrtz y garantiza,. un lvance correcto.

Toper:/Banda

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ElEMPlO:A

58

Método B

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TROQUElER(A

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59


Método de pilotos centradores y lo buscadores de chapa.

Como su nombre lo indica se refiere a punzones con extremo COnlCO (semiagudos) que utilizando agujeros punzonados en fases anteriores, se alojan allíubicando exactamente la banda, como se observa en las figuras algunas de estasaplicaciones

• Detectores de avance etc.)

Al igual que los topes retensores, son elementos que dispone en el utillaje y/oel proceso de prensado a fin de controlar el avance exacto de la chapa aprensar, en muchos casos estos son mecánicos que incluso son accionadosaprovechando el movimiento de retorno de la prensa; como también los haymás sofisticados con mandos neumáticos, eléctricos y electrónicos, los cualesson gobernados por mandos desde un panel de control.Obsérvese algunos de ellos

60

TROQUElERfA

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61

• Elevadores de banda IEl éxito de una matriz progresiva esta en agil zar el avance de la banda para hacermas efectivo el proceso de fabricación proyectado, sin embargo cuando dentro delas operaciones de prensado se prevé algunos estampados y/o embutidossuperficiales, estos hacen que se fonnen resaltes en la superficie de la chapaquienes a su vez empiezan a dificultar el normal desplazamiento de la banda (queno se presenta en matrices de solo corte) y para lograr el movimiento de la tira alo largo de la matriz, se debe levantar ésta.

A fin de contrarrestar este tipo de dificultades se disponen algunos mecanismosdentro de la matriz, que luego del prensado hacen que la banda se levante yprosiga a la siguiente operación. En la figura se pueden observar algunosmecanismos de estos.

Sensor Inductivo


•

Sensor de tión

82

•

Finales de carrera

TROQUELERfA

Otro mecanismo muy común es disponer esferas accionadas por resortes en lasuperficie de la matriz donde no existan vacios en la banda.

• Otros aspectos de diseño en algunos componentes

~... ' • '10 11 ,~)

1. BASE INFERIOR

2. SUFRIDERA INFERIOR

3. PLACA MATRIZ

4. REGLAS GUiA DE BANDA

5. PISADOR

6. PORTA PUNZONES

7. SUFRIDERA SUPERIOR

8. BASE SUPERIOR

9. PUNZON DE CORTE

10. RESORTE

11. CASQUILLO GUíA

12. COLUMNA GUíA

•

• Sistema de sujeción punzones, agarres y sufridera o contra choque)

Como se puede observar la figura allf están una serie de partes comunes quecomponen un troquel progresivo, sin embargo es de vital importancia además delos aspectos anteriormente citados tener en cuenta lo siguiente:

../ Fijación de partes

Existen dos maneras de fijar un punzón (con cabeza avellanada o concabeza escalonada), adicional a ello cuando se disponen de punzones consecciones transversales muy pequeñas o cargas muy elevadas, se debedisponer una placa sufridera o contra choque; la cual debe ser delgadapero de gran dureza a fin de evitar recalques de los punzones en lasuperficie de contacto de la base superior, en algunos casos se disponeincrustada ésta en la superficie inferior de la base.

83


Por otra lado en la fijación entre placas con tomillos (superiores o inferiores)es ideal colocar pines ajustables que garanticen mucho mejor la posiciónprevista y que mejora las holguras que quedan en los alojamientos detomillos.

También es ideal tener en cuenta que cuando los punzones son muydelgados, no deben ser muy largos para evitar deflexiones o roturas,incluso para estos casos se fabrican escalonados y en otros casos seencapsulan dentro de casquillos de mayor área dejando libre solo lalongitud de trabajo requerida específicamente.

Para mejor ilustración obsérvese la siguiente figura adjunta.

p

Posicionador entre placas

Sujeción punzones./ Evacuación de retal

Cuando las matrices son fabricadas para operaciones de corte es muyimportante evaluar la salida del retal que ocasiona tal operación,inicialmente se debe de disponer de un ángulo de salida de la matriz, elcual consiste en dejar una vida útil de corte y otra parte más amplia parafacilitar el desplazamiento del retal en la medida que avance el proceso, portal motivo este aspecto también debe ser considerado en la base inferior deltroquel.

Ahora bien cuando el troquel debido a su tamaño sobre pasa gran parte dela superficie de la mesa de trabajo en la prensa, éste se debe montar sobrebloques de acero (paralelas) que generan un espacio entre las superficiesde la base y la mesa, garantizando ello una facilidad de evacuación delretal.

84

TROQUElERIA

El no prever un buen sistema de evacuación de retal puede ocasionarproblemas graves a la vida útil del troquel y/o de la prensa, ya que la matrizpuede atascarse y de tal manera ocasionar daños graves en algunos deestos.

Adicional a los aspectos anteriormente señalados se recomienda utilizarpara estos procesos específicos, prensas con mesas abatibles o inclinabiesa fin de que por acción de la gravedad el retal fluya. En su defecto tambiénse recomiendo sistemas automáticos (mecánicos o neumáticos) que actúencomo "barredores" de retal.

.,/ Alineación punzones y matriz

Es de vital importancia que exista un enfrentamiento exacto entre el punzóny la cavidad de la matriz correspondiente ya que ello redunda en la vida útilde ellos como en la calidad de la pieza a fabricar; por tal motivo inicialmenteesto se garantiza con las columnas y sus respectivas guías (casquillos obujes con esferas autoalineantes). Sin embargo en casos donde semanejan tolerancias muy estrechas entre punzones y matriz se dispone deuna placa guía de punzones; la cual se ubica sobre la matriz e incluso se lemecaniza una caja para que sirva de guía de la banda, de esta maneracumpliría tres funciones a la vez que son; guía lateral de la banda, guíahorizontal de los punzones y mecanismo de expulsión de la banda en lospunzones.

Por tales funciones es ideal que este componente se fabrique en aceroendurecido.

Cabe anotar que para garantizar mejor posicionamiento entre ptacas y(obases se recomienda para los procesos de fabricación del troquel, realizarlos respectivos mecanizados de agujeros en un solo arrume de estas(cuando su tamaño lo permita) o de lo contrario se debe controlar lasdiferentes coordenadas planteadas en los diferentes planos de fabricacióndel utillaje.

.,/ Dimensiones de bases, columnas y demás componentes

No existe modelos matemáticos exactos al respecto, sin embargo losfabricantes de estas partes comunes manejan algunos estándares segúnlas cargas exigidas y el numero como la disposición de cavidades de lamatriz, pues ellos han realizado inversiones en diferentes software yanálisis de ingeniería para tal efecto, las cuales son justificadas con el granmercadeo de sus productos; experimentalmente se recomienda no dejaragujeros muy cerca de bordes (como mínimo un espesor de las placas),

65


evitar el exceso de agujeros o cavidades en la diferentes placas y cuandolas circunstancias exijan la "violación" de tales prevenciones, se debeevaluar muy bien tal situación a fin de contra restar estos riesgosaumentando los espesores de los componentes afectados.

Ahora bien si se desea un análisis tan exacto dimensionalmente, se debehacer uso de cálculos para los diferentes comportamientos físicosgenerados por cada esfuerzo presente en las cargas del prensado y paratal efecto es necesario utilizar herramientas conceptuales como resistenciade materiales, elementos finitos, estática, etc. las cuales hacen parte de lascompetencias orientadas a la formación profesional del Ingeniero Mecánico.

Sin embargo existen algunos formulas para realizar los diferentes cálculos,los cuales se trataran más adelante.

En cuanto a la longitud de las columnas, esta depende del alto del troquelcomo del recorrido previsto en la prensa, se recomienda que durante elfuncionamiento del utillaje en ningún momento se realicen montajes queobliguen a que la columna abandone la superficie de contacto del casquillo,también se debe decir que columnas demasiado largas dificultan el montajeen las maquinas pues afectan su recorrido y superficie de apoyo.

• Centro de carga y pisadores

Como anteriormente se manifestó los efectos de las diferentes cargas quesoportan los utillajes, es ideal realizar una distribución adecuada de lospunzones como de las respectivas cavidades a fin de lograr un centro demasa optimo del troquel con una distribución adecuada de cargas.

Por ello es ideal también que en operaciones donde el esfuerzo de cadapunzón no es centrado, se dispongan de dispositivos guías quecontrarresten tal efecto, orientando el despeamiento del punzón y evitandodeformaciones no deseadas en la chapa o daños en el troquel; es por elloque como también se había comentado anteriormente se deben disponerde guías para los punzones como de elementos prensa chapas entre otros.

Por otro lado se debe contemplar que las operaciones no solo se realizanen sentido horizontal, puede ser vertical o angular y en estos casos sí quees importante manejar equilibrios de cargas, para lo cual se debe disponerde diferentes accesorios guías que optimicen la calidad del proceso

88

TROQUElERrA

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- =..._-_--_ -.__ _;J-

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./"Matriz.~ ,.

/ /// /

Disposición punzón doblado lateral

p........RL

67



PROCEDIMIENTO

1. Atienda las instrucciones indicadas por el Docente2. Analice cada unos de los temas planteados dentro de este capítulo y plantéese

interrogantes de valor, para que luego se los traslade al Docente,3. Realice la practica planteada por el docente4. Tenga en cuenta cada uno de los aspectos tratados en este capítulo para el

desarrollo del proyecto asignado por el docente5. Deje en buen estado de orden y aseo el taller al finalizar la jornada

CUESTIONARIO

1. ¿Qué función cumple la cuchilla de paso en un troquel progresivo?

2. ¿Cuáles son las diferencias entre una matriz de puente simple y una depuente progresivo?

3. ¿Explique el funcionamiento de una matriz progresiva con pisador?

4. ¿Cuál es la importancia de todos los detectores de avance de la banda?

5. Cuáles son los riegos que se correrían en punzones de corte donde se prevéninclinaciones en la superficie de corte a fin de disminuir las cargas depunzonado?


1. Investigar y realizar un informe escrito sobre las diferentes aplicaciones de lasmatrices tipo transfer.

2. Investigar y realizar informe escrito sobre los casquillos auto alineantes(rodamientos tipo canastillas con esferas).

3. Investigar y realizar informe sobre el centro de carga (centroide) de un troquel.

88

TROQUELERrA

CONCLUSIONES y OBSERVACIONES

MATERIALES UTILIZADOS EN LA PRACTICAMaterialde la pieza· _Materialde la herramient......· _

¡LUbricantes y refrigerantes:

rnros: __

Elaboradopor:

Fecha:----------------- Calificaci~'+.-: --------

Instructor:--------------

89


BIBLIOGRAFíA

• Die Design Handbook, Frank W. Wilsom, editorial McGraw-Hill.• Manual Universal de la técnica mecánica, de Ober-Jones, editorial Labor• Troquelado y Estampado, de Tomas López Navarro, editorial: Gustavo Gili,

S.A.• Fundamentos de manufactura moderna, Mikell P. Groover

WEBGRAFiA

• www.ascamm.com• www.scribd.com/doc/3603120/3-matrices-progresivas

70

Guía Na. Ei

Punz nada y Cizallada

TROQUElERrA

q1J9;tl1Jr.lil~01<1l70~O N°06fJ1JNZON;tl1JO 1/C9Z~1JO

JUSTIFICACiÓN

En la fabricación de troqueles no solamente influye el conocimiento sobre elproceso como tal y la habilidad para fabricarlos, es importante que todatransformación de materiales tenga como soporte modelos matemáticos, éstoscálculos vitales para el diseño y fabricación de troqueles, tales como la carganecesaria para definir la maquina necesaria o la geometría del troquel a proyectarse tratarán en esta guía.

COMPETENCIAS:

-/' Conocimiento de las relaciones matemáticas y geométricas en el cálculo detroqueles.

-/' Manejo de conceptos básicos de física y/o resistencia de materiales aplicadosa la fabricación de troqueles .

.,/ Seleccionar adecuadamente la capacidad de la máquina a utilizar en elproceso de troquelado.

-/' Diseñar todos los elementos constitutivos de un troquel de corte y punzonado.


En el proceso de troquelado siempre que se aplique una carga a un material estesufre un cambio de forma; esta forma puede o no volver a recuperar su estadooriginal dependiendo de laintensidad de la carga, la cualhace que el material transitedentro de las tres zonas quedefine el diagrama esfuerzodeformación (ver gráfico) comoson; la zona elástica inicia desdeO y termina , la zona plásticainicia en A y termina en B y lazona de rotura (ver gráfico 1).

Diagrama típico esfuerzodeformación de aceros

dúctiles

a

oE

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E = PieDonde E = deformación P = carga e = modulo de elasticidad


Elasticidad

Podemos decir que un material es completamente elástico cuando toda ladeformación producida por una carga desaparece al cesar esta, advirtiendo de nohaber sobrepasado su límite elástico

Plasticidad

Podemos decir que un material es completamente plástico cuando conserva todala deformación producida por una carga al cesar esta, esta zona tiene su inicio enel límite máximo de elasticidad y culmina en el punto máximo de carga es decir enel momento de rotura

Rotura por fatiga

Corresponde al momento en que una carga sobrepasa el límite último deplasticidad y el material se rompe por exceso de carga.

Es de anotar que una de las propiedades básicas de los materiales a sertroquelados es su ductilidad, que es la facilidad que presenta el material a serestirado en hilos delgados y finos (estructuralmente) y ello facilita procesos detroquelado como es el embutido y doblado, como también el proceso de extruido.

Es importante acotar que los materiales en el proceso de troquelado estánsometidos a esfuerzos de compresión y/o tensión o tracción, llegando en algunoscasos a la rotura ya sea por desgarramiento o por clzallamlento y ello se vereflejado en la siguiente formula

Relación o constante de Poisson

El alargamiento va acompañado de una reducción de dimensiones laterales y larazón entre la deformación transversal y la deformación longitudinal se "amacoeficiente de Poisson

11m donde I = deformación transversal m = deformación longitudinal

Es de anotar que esta relación para todos los metales equivale aproximadamentea ~ de la longitud de alargamiento (L).

72

TROQUElERfA

Corte por punzonado

La presión de corte depende fundamentalmente de la resistencia al cizallamientodel material a procesar (ver Tabla), cuando esta se desconoce se puede tomar elvalor de la resistencia ultima a la tracción del material en cuestión.

La vida útil de una matriz puede ser:Vu = 2mm por cada mm de e o Vu = e + 1.5 por cada mm

Acere lam.,ado con 0.1'110de C. 31 40 2S 32

Acer~ larnrtadO con O.Z,," de C. 4:l ~o 32 4!1Acero lam.,allo con 0.3% «leC. 44 EO 35 48Acero lam"a!lO con 0.4% de C. Sfi 70 .eS SfAeere laminado con 0.6% de C. 7:1 90 56 72 7_!!-- 7.9Acero 1an'.Ilaao con 0.6% de C. 9n 110 72 90Acero lam)1ado con Ui% «le C. 100 130 80 lOS

Acero liIlT')1aOOInoxlc1able 6S 75 52 6DAcero lan'iladO al &lClIIo 56 70 45 se

Alu:mlnro 7~-9 16 - 18 6-7 f3·15 2,7Anllcorodal 11 ·13 32· 36 9·10 2.5·29 2.SAvlonallDUrallJJmlnlO) 16 - 20 36 ·45 13 - 16 30·36 2•.eAIwnl110 en aleaclOn CSllumtnlol 12 - 15 25 10 -12 20 2.7Alpaca lamInada 35-45 56-58 2a - 36 45 -46 8.3-8~Bronce ~0-50 50 ·75 32-75 ¿O·EO !L4 - 8.9Cinc 1~ 25 12 za 7_1-7.2Cobre 22 -27 31- 37 18- 22 25- 30 8.9- 9!;,:allo 4·5 3·4 7.4"1m. 17

_aton 28 -37 44 - 50 22-30 35-40 S~- 3.6Ore 18 3il 19.3 -13.35~Iata laminada 29 29 23,S 23,S 10.5~Iomo 2.E - 4 2-3 11,4

73

El modelo matemático para el cálculo de la fuerza está dado por:

P = Carga requerida en KgS = Desarrollo periférico de la pieza a cortar en mm (perímetro)e = Espesor de la chapa o lámina a cortar en mmks = Resistencia a la cizalladura en Kg/mm2

Nota: En un troque\ de vatios punzones \a carga es ¡gua\ a \a suma de cada carganecesaria en cada punzón.

Cuando la pieza se desaloja por la parte inferior de la prensa, la carga deextracción se opone a la acción del corte, por lo tanto la carga de extracción debeser sumada a la carga de corte (normalmente este aumento varia entre 2.5% a20% de Pt y depende este del espesor del material, a mayor espesor mayor %).Ahora si la extracción se realiza aprovechando la carrera hacia arriba del carroporta troquel, no se aumenta la carga total.

En algunos troqueles de corte es necesario diseñar extractores para el material deretal o para extraer la pieza terminada (ver guía 4), éste consiste en una placa queestá dentro de la matriz (hembra) o abrazando al punzón (macho).

P = 5.e.ks donde

Pt = P1+P2+P3+-------------+Pn

Fuerza de 'extracción:


Fuerza de Corte (P)

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TROQUELERfA

Fueru de extracQ6n

Fuerza de extracción

Fex = 0,10 X P

Donde: Fex: Fuerza de extracción P: Fuerza de corte

Fuerza de corte en cuchillas

Corte y la superficie de corte del punzón (cuchilla) posee una forma angular a finde distribuir los esfuerzos de corte para que sean progresivos, es el caso dealgunos troqueles donde los punzones que realizan tal operación posean áreastransversales apreciables y/o esfuerzos de corte elevados; también se debediseñar en mencionados elementos la forma angular en cuestión. Según los textoel ángulo debe ser máximo 10 grados, ésta disposición nos permite reducir elesfuerzo de corte pues este es puntual; comparando matemáticamente esta teoríapodemos utilizar la siguiente fórmula:

P = e2.ks/(2tag a)

Donde observamos que de la fórmula inicial desaparece el perímetro (s), por serpuntual y se ve afectada la carga por la incidencia del ángulo diseñado.

75


Juego entre punzón y matriz

Este factor es muy importante definirlo exactamente a fin de disminuir la carganecesaria del proceso de troquelado, ello nos permite conservar en muy buenestado las superficies de corte tanto de la matriz como del punzón; a demásobtenemos en las piezas procesadas superficies de contorno libres de rebabas.

La holgura existente entre los dos elementos de punzonado depende básicamentede la naturaleza del material a punzonar, del espesor de este y de la precisiónrequerida en la pieza a fabricar, para piezas con exigencias en el contornoexterior, la tolerancia debe aplicarse al punzón; esto quiere decir que para estet~~e ,~ m~,t)LÓ~b~eeTlS~N~f~asm~Ó)Óasnom)na\es áe \a 'P,e2a, para 'P,e2as conexigencias en el contorno interior, la tolerancia debe aplicarse a la matriz; estoquiere decir que para este caso el punzón debe conservar las medidas nominalesde la pieza.

Los agujeros cerca de los cantos externos de la matriz, deben diseñarse de talforma que la distancia entre el centro del agujero y el canto sea como mínimo iguala 1.5 veces el 0 del agujero mayor. Los agujeros adyacentes se deben ubicar detal forma que la pared entre ellos sea un poco mayor que el espesor de la matriz.

78

TROQUELERfA

La holgura o tolerancia depende del tipo y del espesor del material y en rrrva-ostextos ya viene tabulado. Otros textos recomiendan el siguiente rnooeomatemático:

T = e x e x ...J8r para e s 3mm

T = (1.5e x e-0.015N8r para e> 3mm

Donde;

T = holgura en mme = espesor del material en mme = constante de calidad8r = Resistencia a la rotura en Kg/mm2

8d = Resistencia a la flexión en Kg/mm2 Entonces 8r = 0.88d

Ahora la constante de calidad es:

0.010 para todas las piezas a menos que se especifique otro valor, con ellase obtiene una zona brillante de 1/3 y otra fracturada de 2/3 de "e"0.035 en superficies irregulares con poca exigencia de acabados (sedisminuye la fuerza de corte)0.005 para piezas totalmente libres de rebabas, excelentes acabados (seaumenta la fuerza de corte)

Otra forma de calcular esta tolerancia se define calculando un % del espesor delmaterial a troquelar, el cual va desde 5% a 10% según tabla para materiales apunzonar y se agrega una vez al elemento definido (ejemplo en agujeros seagrega al 0), o sea que

T=%eLa tolerancia vendrá determinada por dos factores:

El espesor del material.La resistencia al corte del propio material (Kg. mm2)

'''--TOI.randaTotat/'

.... ----- - ----- '11


TOLERANCIAS PARA TROQUELES DE PUNZONADO

EspesorJuego entre punzón y matriz

chapa Latón y Acero Acero duro Aluminio(mm) acero dulce medio duro (7%) (10%)(5%) \6%)

0.25 0.013 0.015 0.018 0.0250.50 0.025 0.030 0.035 0.0500.75 0.038 0.045 0.053 0.0751.00 0.050 0.060 0.070 0.1001.25 0.063 0.075 0.088 0.1251.50 0.075 0.090 0.105 0.1501.75 0.088 0.105 0.123 0.1752.00 0.100 0.120 0.140 0.2002.25 0.113 0.135 0.158 0.2252.50 0.125 0.150 0.175 0.2502.80 0.140 0.168 0.196 0.2803.00 0.150 0.180 0.210 0.3003.30 0.165 0.198 0.231 0.3303.50 0.175 0.210 0.245 0.3503.80 0.190 0.228 0.266 0.3804.00 0.200 0.240 0.280 0.4004.30 0.215 0.258 0.301 0.4304.50 0.225 0.270 0.315 0.4504.80 0.240 0.288 0.336 0.4805.00 0.250 0.300 0.350 0.500

Cuando el juego entre punzón y matriz no cumple con las especificaciones, sepresentan defectos en las piezas terminadas que requiere que los troqueles sereparen para evitar dichos defectos, éstos son; excesiva laminación cuando eljuego es insuficiente, rebabas por excesivo juego.

Angula de escape en la matriz

En el proceso de punzonado después del corte, los materiales presentan unarecuperación plástica hacia los bordes del contomo troquelado y ello hace que lapieza quede retenida dentro del contorno de la matriz. La acción de corte de unasegunda pieza hace desplazar la primera del lugar donde se encontraba retenida,generando un esfuerzo mayor en el punzón por la fricción de desplazamientopresentada en la primera pieza troquelada que se encontraba retenida en lamatriz; si este factor se repitiese en varias ocasiones a lo largo de la altura de lamatriz, se presentaría un fenómeno llamado atascamiento del troquel; esto haceque el esfuerzo se multiplique, sobrecargando el punzón y/o matrizocasionándoles roturas.

78

TROQUf(fR(A

Para corregir estos riesgos es necesario diseñar en la matriz y después de la zonade corte, otra zona de mayores dimensiones a las diseñadas para el corte llamadaángulo de escape; la zona de corte en la matriz es menor a la altura de ésta yesllamada vida útil de la matriz (pues esta depende del numero de afilados del útil).

Existen diferentes formas del desahogo entre ellas las siguientes:

En la figura A la inclinación arranca desde la parte superior de la matriz y el ángulopuede estar entre 1 y 2 grados, este tipo de desahogo es muy usual para eltroquelado de materiales blandos como, aluminio, latón, plomo, entre otros; lanaturaleza de estos materiales nos permite troquelar grandes volúmenes deproducción sin afiliar la matriz, tiene como desventaja que en la medida que serealicen afiliados se aumenta la tolerancia entre punzón y matriz generandodefectos en el corte como rebabas, por ello es muy utilizado este método enpiezas de poca exigencia de exactitud

En la figura B se deja una zona de corte con una altura que puede ser de 3 a 5espesores del material a troquelar (a mayor espesor menor el valor repetitivo),finalizando esta zona se diseña una inclinación igual al caso A. Este sistema seaplica en matrices destinadas al corte de metales duros como, el hierro, acero, etc.Cuya exigencias sean de gran exactitud en dimensiones y acabados, este sistemanos permite darle mas vida útil a la matriz pues al ser afilado en su zona o alturade corte no presenta modificaciones en las tolerancia inicialmente calculadas.

En la figura C a partir de la zona de corte de la matriz, se deja una altura que variatambién de 3 a 5 veces el espesor del material, es ligeramente inclinado (0.5grados) y luego aumenta su inclinación con los grados de inclinación utilizados enlos dos casos anteriores. Este método es utilizado en materiales duros, pero queno requieran alta exactitud. Presenta la misma desventaja del caso A aunquemenos progresiva por la doble inclinación

79


Espesor de la matriz

El dimensionado del espesor de la placa matriz no solo se rige por el esfuerzo decorte, sino que además depende de la forma de la figura. Una placa matriz conuna cavidad circular será más delgada que una con cavidad irregular y/o conaristas vivas o cambios bruscos de sección en su perímetro de corte, esto a causade los concentradores de esfuerzos en los que se convierten tales cambios desección; también juega un papel importante las dimensiones de la placa base de lamatriz o placa porta-matrices en algunos otros casos.

Sin embargo algunos textos establecen la siguiente fórmula para establecer unarelación aproximada de citado espesor, que a su vez a servido para que otrostratadistas hayan desarrollado nomogramas donde relacionan las dos variables dela formula y gráficamente se pueda definir la dimensión.

em=y.Donde: e = espesor (mm) y P = carga de punzonado (Kg)

Longitud del punzón

Se toma como referencia los modelos matemáticos que se tienen en resistenciade materiales para calcular columnas por pandeo, según Euler se tiene que:

L = ...J(1t2EJ)/Pcrit

Donde:L = longitud máxima del punzón (mm)Pcrit = carga de pandeo critica = Pt (carga total del punzón) en KgJ = momento de inercia en rnrn" que depende de la geometría del punzón (segúntablas)E = modulo de elasticidad en Kg/mm2

Para el acero de herramientas templado se tiene por ensayos que E = 21500Kg/mm2

Espesor o diámetro de un punzón

Todos los textos recomiendan como norma general, que como mínimo el 0 de lospunzones debe ser igual al espesor del material a punzonar (sobre 'todo enespesores apreciables)

TROQUElERIA

Para punzones circulares

f2Jmin=~

Para punzones rectangulares

bmjn = (0.8)S ~

Donde bmin es igual aliado menor del rectángulo en mm

Ejemplo:

Se requiere diseñar un troquel para fabricar una pieza en latón dulce, cuyoespesor es de 10mm y las dimensiones como la forma final se muestran en lafigura, calcular.

La carga necesaria del troquel y el espesor de la matrizLa carga necesaria (en toneladas) para la troqueladora a utilizarCuáles son las dimensiones finales con las cuales deben fabricarse los

6

o\Í) 3 ~

.1l. 140

Punzones y matrices que realizan las operaciones 4 y 6.

P = S.e.ksPt = P1+P2+P3+-----------+Pn

81


0 e KsFigura [(mm) L (mm' ~(mm\ S (mm) (mm) (Kg/mm2) P (Kg.)

1 10 20 71,416 10 30 21424,82 20 60 10 30 180003 30 10 80 10 30 240004 30 94,248 10 30 28274,4

30,8495 12 12 6 10 30 9254,886 140 60 400 10 30 120000

716,514 Ptotal 220954,08

Pt = 220.954,08 Kg

P total (troqueladora) = 225 Toneladas

Por tabla la tolerancia entre punzón y matriz para el latón dulce debe ser el 5% delespesor 6 sea:

T= 10x5% = 0.5mmem~v = ~ =60,45mm

Dimensiones finales Troquel (mm)Figura Punzón Matriz

4 030 030,56 R 59,5x139,5 R 60x140

82

TROQUElERfA

-ombre :------------------------------ Código: _


Calcular todos los parámetros de diseño para fabricar un troquel que nos permitalegar a la siguiente figura.

10"

61-114"01"

'o::::,

1R" 1/2"

. .

~

2-3/4"

Acero inoxidable, Espesor de Lamina de 1.2 mm de espesor.

PROCEDIMIENTOS:

1. Atienda las instrucciones indicadas por el Docente2. Analice los casos planteados y desarrolle los cálculos3. Deje en buen estado de orden y aseo el (los) taller al finalizar la jornada.CUESTIONARIO:

1. ¿Qué propiedad debe tener un material para ser punzo nado?2. Defina plasticidad3. Defina elasticidad4. Defina rotura

3. TRABAJO INDEPENDIENTE:

1. Desarrollar ejercicios propuestos2. Realizar cálculos al proyecto a desarrollar en el laboratorio

83


BIBLIOGRAFíA:



WEBGRAFíA

Elrincondelvago.comBooks.google.com.coWikipedia.comwww.toollingu.com

Guía Na. 7

Dablada

TROQUElERIA

ti1J11l1J'E JYl1?,01<;tl'T01<JO N° 071J013f.;tl1JO

JUSTIFICACiÓN

Al igual que en la guía N06 es importante no solamente la práctica y experienciaen la fabricación de troqueles de embutido sino también el poder diseñarlos ycalcularlos de acuerdo a parámetros o modelos matemáticos establecidos para talfin, veremos en este capítulo lo más importante en el proceso de embutido ydoblado de chapas o laminas de materiales dúctiles.

COMPETENCIAS:

../ Conocimiento de las relaciones matemáticas y geométricas en el cálculo detroqueles

../ Manejo de conceptos básicos de física y/o resistencia de materiales aplicadosa la fabricación de troqueles

../ Seleccionar adecuadamente la capacidad de la máquina a utilizar en elproceso de troquelado

../ Diseñar todos los elementos constitutivos de un troquel de doblado

1. Doblado

Este proceso parte de una deformación que se realiza a los materiales en su zonaplástica y en ultimas podríamos utilizar las mismas recomendaciones y métodosdel punzonado para el cálculo de las cargas requeridas; solo que el ks seriaprioritariamente el valor de la resistencia a la tensión y si desconocemos tal valorutilizamos el de cizalladura, lo más importante es determinar la propiedadmecánica que nos arroje un mayor coeficiente de seguridad, en este caso sería laresistencia mecánica.

Sin embargo estudiaremos algunas formulas para casos muy comunes en cadaproceso. Es ideal tener en cuenta algunos aspectos de vital importancia como; elradio mínimo de doblez pues no se deben dejar aristas vivas en la pieza, ni en loselementos de troquelado (para evitar cizalladuras); también se debe considerar elretroceso elástico del material.

Es de anotar que al proyectar el desarrollo perimetral de una pieza doblada porcualquiera de los tres métodos, doblado, embutido y estampado se debe tener encuenta la longitud de alargamiento que ocasiona el radio mínimo usado y lalongitud de la fibra neutra; estos valores normalmente se encuentran tabulados en

85


los libros según la forma y ángulo del doblez, pero si queremos tener certeza deestas dimensiones de desarrollo, es ideal hacer pruebas de ensayo y error conpiezas prototipo; sobre todo cuando son formas bastante irregulares en sugeometría; pues para formas regulares sobre todo cilíndricas mostraremos másadelante unas formulas ya definidas

Factor de retorno o recuperación elástica

Se llama factor de retomo o recuperación elástica, al valor que la chapa tiende arecuperarse tan pronto como cesa la acción del punzón sobre la misma. Concluida laacción deformante a la que ha estado sometido el material, éste tiende a volver a suforma primitiva. Éste fenómeno se debe a la propiedad que poseen los cuerpos deser elásticos. Por los motivos expuestos anteriormente y siempre que se construya unmolde de doblar, se debe tener en cuenta dicho factor de retomo, con la intención deconstruir los punzones o matrices con los ángulos y radios debidamente modificadospara que la pieza fabricada quede a las medidas del plano.

Éste varía en proporción al ángulo de doblado, a la resistencia mecánica de lachapa, el radio de doblado y al espesor de la chapa (ver figura)

0.85

0.8

k 0.75

0.7 r

0.65

4-

4' \. \

--..;:::_--=-s l' \o.s J - J1._--J._

0.1 1.6 1 2.5 .. 6.3 10 IS I 25 I 1000.8 2.0S 3.25 '5.1'5 EU'5 13 20.5 3Z.5 51.5 81.'5

X

095

0.'5'5

~ ,--\ ..05 1(0-.4'

\\ j

1\\

8&

TROQUElERrA

Para conocer el radio R1

1. Dividir R2 por el espesor del material S y el resultado será X.X = R2/S

2. Buscar el factor X en la horizontal inferior de la gráfica y trazar una verticalhasta cruzar la curva correspondiente al material Que vamos a doblar.

3. Desde el punto de intersección, trazar una horizontal hasta la vertical K.4. Para conocer R1 aplicar la fórmula: R1 = K . (R2 + S/2 )- S/2

Para conocer el ángulo X1

1. Dividir el ángulo que deseamos tener en la pieza (X2) por el factor K halladoanteriormente.

2. El resultado de dicha operación será el ángulo X1.

Fórmula: X1 = X2/K

Ejemplo: Debemos doblar una chapa que tiene una resistencia rnecaruca de40kg/mm2 a las medidas indicadas en el dibujo ¿Qué ángulo y radio debemosfabricar en la matriz?

I

L

fv"

r,,I

SoluciónSIguiendo la operativa descrita antenormente obtenemos:

"r-'~ I I • MfdIdu o obUntr._.:::-'

.(t J-, x.~.12.3.' 1.5/..' ~ 1.5) 1.SR•• Q.89. 19.5+- --. 16.38

2 2

87


Fibra neutra

Se considera que la fibra neutra es la zona de material que en un elementodoblado está situada en la línea del material en la cual, sus fibras no se modificancomo consecuencia de las fuerzas de tracción o compresión a que está sometidala chapa al ser doblada. Dicha situación no siempre se encuentra en el centroexacto de la chapa, sino que toma una posición diferente según el espesor delmaterial yel radio de doblado.

Para obtener el desarrollo de un elemento doblado podemos hacerlo de dosformas distintas; 1. Cortando varios desarrollos teóricos y haciendo pruebas y 2.Conociendo la posición de la fibra neutra y calculando el desarrollo de la pieza.

En el primero de los casos hay que tener en cuenta que, si después de serdoblada la pieza queremos aplanarla para conocer su desarrollo, este habrávariado notablemente respecto al anterior, puesto que las zonas dobladas delmaterial habrán estado sometidas a fuerzas de tracción, y en consecuencia deestiramiento. Así pues, vemos que este procedimiento no es el más idóneo pararealizar el cálculo de desarrollos de piezas.

En el segundo caso, más técnico y fiable, nos permite conocer el desarrollo de lapieza con total garantía y en consecuencia el consumo de material y su coste. Lagran ventaja que nos ofrece el conocer la situación de la fibra neutra, es podercalcular la longitud de material o chapa que necesitaremos para la construir laspiezas, todo ello, sin necesidad de hacer pruebas de doblado o prototipos previos,para esto solo necesitamos saber el radio de doblado y el espesor de la chapa.

Cálculo de la fibra neutra

Conocer la posición de la fibra neutra en función de la relación rls

r = radio interior de doblados = espesor de la chapa

r Factor0.2 0.347*s0.5 0.387·s1.0 0.421*s2.0 0.451*53.0 0.465*54.0 0.470·s5.0 0.478*510.0 0.487·s

DETAl.LE M LAS ABRAS[HUM D08l~

88

TROQUElERIA

Ejemplo

Calcular la longitud total de la pieza representada en el dibujo .

....__ 9 __ ____...¡

¡

i -----_. -- --¡-

LJ ¡

__J---- -'1./q.~ t

, 1I

I.. ")~ I

I {L ~__~ ~~\

'.

1~. Sumar los valores de las partes rectas: 3 + 9 + 6 + 4 = 22mm..

20. Calcular la situación de la fibra neutra en las zonas dobladas:

r1 = rls = 4/2 = 2.0r2 = rls = 6/2 = 3.0r3 = rls = 8/2 = 4.0

Factor X de 2.0 = 0.451Factor X de 3.0 = 0,465Factor X de 4.0 = 0.410

0.451 x s = 0.900.465 x s = 0.930.470 x s = 0.94

3~. Calcular el desarrollo de las zonas curvadas, teniendo en cuenta Que el radio de la fibra neutra para

rt . r2 Y r3 es de 4.90. 6.93 Y 8.94 respectivamente.

Desarrollo del r1 = p x 6. = 3.14 x 9.8 = 1.69~ 4

Desarrollo del r2 = p x.E = 3.14 x 13.86 =~~ 4

Desarrollo del r3 = p x E. = 3.14 x 17.88 = 14.044 4

89

G U lA S DE LABORATORIO

4°. Sumas de valores:

Partes rectas: 22.00 mm.Desarrollo rt : 7.69 mm.Desarrollo r2: 10.88 mm.Desarrollo r3: 14.04 mm.

~itlll()¡"ee

TOTAL: 54.61 mm. l."bu

Sdu~~~litI~

fe""-!utr.

.__ .,

_j

Il:URROll0

Radios de dobladoEstos deben ser diseñados de acuerdo a la pieza a doblar y se recomienda lossiguientes valores como radios mínimos para el punzón:

Para espesores de chapa menores a 1mm un radio de 2mmPara espesores de chapa entre 1 y 2mm un radio de 2 espesoresPara espesores de chapa entre 2 y 3mm se hace un chaflán con flancos igualesde 2 veces el espesor y con radios de 2 veces el espesor.Para espesores de más de 3mm el chaflán con flancos de 3 veces el espesor y losradios de 2 veces el espesor.

Doblado en "V" sin sobre presiónEste proceso es utilizado cuando el ángulo de la pieza no es preciso, para esto nose lleva el troquel hasta su presión total, es utilizado en dobladoras de pocaexigencia tipo manual.

80

TROQUElERIA

Mo.trfz Plezo. Q obtener

p = Od.b.e2

31DondeP = carga necesaria en KgOd= Resistencia a la flexión en Kg/mm2 y Od= 20ror = Resistencia a la rotura en Kg/mm2

b = Ancho real del doblez en mme = Espesor de la plancha en mmI = Distancia entre apoyos del doblado

Ejemplo:

Se tiene una lamina con las dimensiones y forma de la figura, la cual debemosdoblar transversalmente por el centro de la ranura cuyas dimensiones son; ancho10mm y largo 30mm, a demás su espesor es de 2mm, la distancia entre apoyoses 120mm y la resistencia a la rotura del material es 40Kg/mm2• Calcular la carganecesaria para realizar esta operación de doblado.

350mm

~----------------E----t---------------120mrr

91

RItaTeniendo en cuenta que b = 120mm - 30mm = 90mmtenemos que

luego entonces


RItaTeniendo en cuenta que b = 120mm - 30mm = 90mmtenemos que

luego entonces

p = (28r)(b)(e2) = 2(40kg/mm2}(90mm}(2mm)231 3(120mm)

P = 80Kg

Doblado en "V" de alta exigencia

A diferencia del anterior proceso, en este caso se requiere hacer mucha presión alllevar el troquel hasta el doblado completo, ya que para conformar la chapa segúnel plano hay que ejercer la presión para permitirle al material el retorno, para estecaso la fórmula cambia sustancialmente.

p = 28d.b.e2 = 68r.b. e231 31

Donde

P = carga necesaria en Kg8d = Resistencia a la flexión en Kg/mm2 y 3d = 38r8r = Resistencia a la rotura en Kg/mm2

b = Ancho real del doblez en mme = Espesor de la plancha en mmI = Distancia entre apoyos del doblado

Ejemplo:

Calcular para doblado de alta exigencia con los mismos datos del ejemplo anterior

p = 28d.b.e2

31= 2(120kg/mm2}(90mm)(2mm}2

3(120mm)

P = 240Kg

Doblado en "L"

Para este caso el sistema debe tener un pisador de chapa al estilo de lostroqueles de corte o embutido.

92

P = Fuerza necesaria para el dobladob = Ancho del material a doblar en mms = Espesor de la chapa en mmKt = Resistencia última a la tracción en Kg/mm2Kd = resistencia a la flexión en Kg/mm2 (Kd = 2 Kt)Nombre : ~ódigo: _

TROQUElERIA

P = s. b. Kd6

Donde:

P = Fuerza necesaria para el dobladob = Ancho del material a doblar en mms = Espesor de la chapa en mmKt = Resistencia última a la tracción en Kg/mm2Kd= Resistencia a la flexión en Kg/mm2, (Kd=2Kt)

Doblado en "e"

P = s. b. Kd. 26

Donde:

PIno (l obtentr

93


Ejercicios :

A. Calcular el desarrollo de la siguiente figura.~s

I

II R6L _JO

1

?

f

- f

----1R8 I

II

I

65

_ -{6 -,

B. Calcular la fuerza de dobles para una pieza en ángulo que tiene 120mm deancho, la chapa es de 2.5mm de espesor y el material es un acero de 0.6%de Carbono y esta recocido.

C. Para el mismo material calcule la fuerza si se debe doblar como una canal,la cual tiene de ancho 60mm

D. Calcule el radio y ángulo de doblado que debe tener la matriz para fabricarla siguiente pieza.

III _.~----

94

TROQUElERfA


CUESTIONARIO

1. ¿Qué entiende por fibra neutra?2. ¿Cuándo se realiza un dobles a que esfuerzos están expuestas las

fibras de la chapa?3. ¿En qué influye el no tener los radios de dobles correctos?4. ¿Cuál es el factor de retomo y de que depende?


1. Desarrollar ejercicios propuestos.2. Aplicar los conceptos desarrollados en esta guía en el proyecto a

desarrollar.3. Investigue sobre rompe fibras para troqueles de doblado.

BIBLIOGRAFíA



WEBGRAFíA

• Elrincondelvago.com• Books.google.com.co• Wikipedia.com

95

Emb tida. estampadaV acuñada

Guía Na. 8

TROQUElERrA

(J1J9;tl1J'Et.;tl1301<1lT01<JO N° 087'EM;tl 'EM131J791JO 'ES7;tlM1J;tl1JO 11

;tlc1JÑ;tl1JOJUSTIFICACiÓN

En toda fabricación de troqueles de cualquier tipo, llámese de corte, doblado oembutido, se deben tener siempre contemplados los mismos parámetros decálculo para diseñarlos, de tal forma que son válidos los conceptos anteriormentedesarrollados en las guías previas.

COMPETENCIAS:

.../ Conocimiento de las relaciones matemáticas y geométricas en el cálculo detroqueles

.../ Manejo de conceptos básicos de física y/o resistencia de materiales aplicadosa la fabricación de troqueles

.../ Seleccionar adecuadamente la capacidad de la máquina a utilizar en elproceso de troquelado

.../ Diseñar todos los elementos constitutivos de un troquel de embutido

1. Embutido

Este proceso consiste en transformar una chapa plana en una pieza hueca, aligual que el proceso anterior de doblado, se deforma plásticamente un material pormedio de un troquel que consiste en dos partes principales, punzón de embutido ymatriz o hembra, se pueden fabricar diferentes formas, cilíndricas, rectangulares,cuadradas e irregulares. Para garantizar el producto se deben tener en cuenta lassiguientes variables.

La calidad y el espesor del material deben serconstantes.Los radios del punzón y la matriz losadecuados.Los diámetros y profundidades de lasembuticiones proporcionales.La fuerza del pisador sobre la chapa lacorrecta.La velocidad de embutición la más idónea.La lubricación de la chapa la más apropiada.

91


Para el embutido se debe tener previamente una pieza cortada, denominada piezade desarrollo, en el caso de figuras con perfil cilíndrico se denomina diámetro dedesarrollo, para calcularlo se tienen diferentes figuras con sus fórmulas; cuando lafigura a fabricar es irregular se debe tomar alguna de las figuras establecidas parahallar el desarrollo ° de otra forma si se requiere una alta precisión se debecalcular por medio de software de diseño ° a ensayo y error cortando modelos yembutiéndolos.

d d2gh2

o =~2'-+<I(dlhhd2h2)

1

d3

v~~

o =\Jj2"+4(dlhl+d2h2)+2f(d2+d3)

di

d2

I I

'" A 0= ~?+2 28rd2-O.56¡4

I dl I

d3

0= ~2t4d2(O 56r+h~ ~

dl

d2

Para hallar la fuerza de embutido se aplica el siguiente modelo matemático

P = (3.1416d)(e)(m)(Ks)

99

TROQUElERIA

Donde

d :: " de punzón de embutido en mme :: Espesor de la plancha en mmm :: Coeficiente o valor que depende de la relación dlD y es a dimensionalks :: Resistencia a la tracción en Kglmm2

D :: Diámetro de desarrollo de la chapaEl diámetro de desarrollo se calcula según las figuras de las gráficas anteriores;con la relación entre el diámetro del punzón y el de desarrollo se ingresa a la tablasiguiente y se determina el valor para "m".

dIO 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8

m 1 0.86 0.72 0.6 0.5 0.4

Juego entre punzón y matriz.

Está determinado por el espesor de la chapa y debe ser como mínimo dos vecesel espesor, esto debido a que el punzón debe entrar en la matriz y lo debe hacercentrado, en algunos casos se da una holgura mucho mayor, depende de laspropiedades del tipo de material a embutir, la forma y el espesor de la chapa.

twnount,"O "'0;).",1.<.1..,

"

,,_.(""'---1 t----" ...

3


Presión del Prensa chapa

Como se explicó en la guía N04 es el encargado de mantener la chapa lisa en elproceso de embutición, porque de otra forma ésta se deformaría y sería imposibleembutirla. El modelo matemático para calcular la presión es:

Donde

Pp = 0.785(0 - d).p

Pp: Presión prensa chapaO: Diámetro de desarrollod: Diámetro del punzón (puede ser el promedio si tieneescalones)p: Presión específica del material a embutir (ver tabla)

Acero de bajo carbono o dulce 20 kg/mm2

Aluminio Entre 8 y 10 Kg/mm2

Hierro estructural 15 Kg/mm2

Ejemplo:

Se desea fabricar un vaso con diámetro de punzón 120mm, diámetro de chapa200mm, el material posee un Ks = 32Kg/mm2 y con espesor de 0.8mm.Calcular la carga necesaria para el proceso de embutido.RItaLa relación dlD = 120/200 = 0.6 luego entonces en la tabla le corresponde un m =0.86Entonces;P = (3.1416d)(e)(m)(Ks) = «3.1416)120mm)(0.8mm)(0.86)(32Kg/mm2) =8299.84Kg

Secuencias de operaciones en embutición para piezas cilíndricasCuando el embutido de piezas es muy profundo, es preciso efectuar la operaciónen más de una etapa (operación), en piezas pequeñas cuya profundidad es igual a1/2 diámetro (d), se puede embutir en una sola operación, para piezas grandespodemos embutir en una sola operación cuando estas tienen una altura o

TROQUElERfA

profundidad rnaximo equivalente a 1/3 del diámetro (d). Cabe anotar quehablamos de piezas pequeñas en diámetros hasta 50mm inclusive.

La causa que exige embutir en varias operaciones o secuencias, se debe a laimposibilidad de que el material pueda resistir la elevada tensión radial que sedesarrolla durante el proceso, la cual es función de la relación Dld (d = " punzón yD = " desarrollo; cuanto mayor sea esta relación mayor será la carga necesariapara la embutición. También es importante tener en cuenta que en las primerasoperaciones se debe trabajar con diámetros de punzón altos a fin de aplicarcargas altas, dejando los diámetros de punzón pequeños para las últimas etapas afin de no sobrecargar el troquel y ocasionar roturas en este. Algunos textosmanejan el procedimiento de interpretación de nomogramas a fin establecer eldiámetro de punzón ideal para cada secuencia.

El número de secuencias de embutido se calculan de la siguiente manera

n = m/e

101

Donde

n = Numero de operacionesm = Relación h/de = Valor constante, 1/2 para piezas pequeñas y 1/3 para piezas grandesd = " medio de la pieza = " de punzónh = Altura o profundidad final del recipiente

Ejemplo:

Determinar el número de operaciones necesarias para la construcción de un vasociHndrico cuyo " = 50mm, su altura total es 116mm y debe ser construido en unacero dulce, calcule su diámetro de desarrollo.

RIta

n = m/eEntonces m = hld = (116mm 150mm) = 2.32Como pertenece al grupo de las piezas pequeñas e = 1/2Luego n = m/e = 2.32 10.5 = 4.64 secuencias

Es de anotar que entre más secuencias necesitemos, mas troqueles debemostener. Entonces cuando obtenemos valores con decimales debemos aproximar alinmediatamente anterior si el material es noble e inmediatamente superior si elmaterial es exigente.

Teniendo en cuenta lo anterior entonces n = 4 operaciones


Para el diámetro de desarrollo tenemos según datos del problema la siguienteformula;

0= ~(cf2+4dh) = '¡'(502+4[50X116]) = 160.31mm

El estampado es una operación de transformación de chapas metálicas, queconsiste en realizar superficies en alto o bajo relieve. Desde el punto de vista deltrabajo del metal (deformaciones), se sitúa esta operación entre las de dar formapropiamente dichas y las de embutición. Se admite generalmente que se trata deun estampado cuando los altos o bajos relieves no tienen una altura de más de 3 a5 veces el espesor del metal. Las herramientas de estampado variarán,evidentemente, según la forma a estampar. Pueden clasificarse, sin embargo,según el sistema, en: simples, con expulsor inferior y con expulsor superior.

2. ESTAMPADO

SlMPl.E

p

H

CON fXPUlSO~ INFERIOR CON (XPlJLSOR SUPERIOR

-d::::P-I

Este proceso parte de una deformación por compresión que se realiza a losmateriales en su zona plástica, ya sea por transformación en caliente o en frío, unejemplo de esto son las llaves boca fija, fabricadas por estampación en caliente,este proceso también es denominado forjado y consiste en calentar un trozo dematerial hasta la temperatura de plasticidad, se introduce en una matriz de dospartes tipo molde, se comprime o forja, luego es montada sobre otra matrizdenominada perfiladora o desbarbadora.

En cuanto a los parámetros podremos utilizar los mismos del embutido, lascaracterísticas geométricas son del mismo tipo, es ideal tener en cuenta algunosaspectos de vital importancia como; el radio mínimo de estampe pues no se debendejar aristas vivas en la pieza, ni en los elementos de troquelado (para evitarcizalladura); también se debe considerar el retroceso elástico del material. Pornorma el radio mínimo de doblez debe ser igual a un espesor o "" del material aprocesar.

3. ACUÑADO

TROQUElERfA

Este proceso es utilizado especialmente para la fabricación de todo tipo demonedas, medallas y piezas similares, sus principios de fabricación se rigen porlos mismos del doblado y embutido, más por el segundo. Es casi un trabajo en friócon piezas pequeñas, se desplaza el material por la presión y el impacto hacia lascavidades de la matriz, como la cavidad está dada por completa y en forma muyprecisa por los dados, se necesita controlar con mucho cuidado el volumen delmaterial; por lo tanto el llenado excesivo de la capacidad de la matriz puede dañarla maquina o producir artículos defectuosos.

El acuñado es especial para la producción de piezas pequeñas en donde serequieren de detalles y acabados muy exactos en las superficies, los procesos demecanizado de los troqueles se realizan con máquinas como pantógrafos, micro-fundición, rayos láser y tallados a mano.

Maquinas y Herramientas

[#_~~'''iIJI'I'IWL'I.:.r'''''/I'''~

~

i Material,~ ~ Acu~do

, '/#.'#~/I.:I'/.I/lW/lW"'.II"'-:.'.:I.!I.!I:WW.:lW!l4l..'.:I..

ji

103


Nombre: Código: _


A. Calcular el diámetro de desarrollo de la siguiente figura, diámetro mayor105mm y altura de 15mm, diámetro menor de 75mm y altura total del vasode 90mm.

8. Calcular la fuerza de embutido para fabricar un vaso de dos escalones, quetiene el primer diámetro de 85mm y altura de 45mm, el segundo diámetroes de 75mm y altura de 65mm, la conicidad del vaso es de 100 con respectoa su eje, igualmente calcular la presión del prensa chapa y el numero desecuencias de embutido, el material es aluminio crudo.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué parámetros se deben tener en cuenta en los cálculos de embutido?2. Defina que es diámetro de desarrollo.3. ¿De que depende el número de operaciones o secuencias de un embutido

profundo?4. Explique brevemente como calcular la carga total de un troquel compuesto por

varios punzones de diferentes operaciones.5. ¿Por qué en los proceso de doblado y embutido, se deben manejar radios de

configuración? .6. Cuando en el cálculo de secuencias para embutido nos resulta una cantidad

con decimales, ¿que criterio nos define la cantidad exacta de operaciones?7. ¿Cuál es la diferencia entre un troquel de doblado y uno de embutido?8. Enuncie algunas diferencias entre embutido, estampado y acuñado.


1. Desarrollar ejercicios propuestos.2. Aplicar los conceptos de esta guía en el proyecto a desarrollar.3. Investigue sobre el cálculo de desarrollo de piezas rectangulares e irregulares.

TROQUElERrA

BIBLIOGRAFíA:



WEBGRAFíA

105

• El rincondelvago.com• Books.google.com.co• Wikipedia.com

Este libro se terminóde imprimir el día

15 de Julio de 2009en los talleres gráficos de

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