FORMADO DE METALES

TROQUELADO DE METALES

En términos sencillos, el troquelado es un método para trabajar láminas metálicas en frío, en forma y tamaño predeterminados, por medio de un troquel y una prensa. El troquel determina el tamaño y forma de la pieza terminada y la prensa suministra la fuerza necesaria para efectuar el cambio.

Cada troquel está especialmente construido para la operación que va ha efectuar y no es adecuado para otras operaciones. El troquel tiene dos mitades, entre las cuales se coloca la lámina metálica. Cuando las dos mitades del troquel se juntan se lleva a cabo la operación. Normalmente, la mitad superior del troquel es el punzón (la parte más pequeña) y la mitad inferior es la matriz (la parte más grande). Cuando las dos mitades del troquel se juntan, el punzón entra en la matriz.

En la matriz se realizan unas aberturas, por medio de varios métodos. La forma del punzón corresponde a la abertura de la matriz pero es ligeramente más pequeño, en una cantidad igual a la determinada por el “Juego entre matriz y punzón” requerida. El tipo y espesor del material y la operación que se va a llevar a cabo establecen dicho juego.

Las dos partes se encuentran montadas en un portatroquel: la matriz montada sobre la base y el punzón en una zapata superior. El uso de un portatroquel asegura una alineación adecuada del punzón y la matriz, sin importar el estado de la prensa. Los troqueles más simples son los que se emplean para hacer agujeros en una lámina.

El troquelado de láminas metálicas incluye el corte o cizallado (sección 3.3.1), el doblado o formado (sección 3.3.2) y las operaciones de embutido superficial o profundo (sección 3.3.3). El corte alrededor de toda la periferia de una pieza se llama “recortado". El corte de agujeros en una pieza de trabajo se llama "punzado" o, “perforado". La figura 3.85 muestra un troquel recortador con regla de acero.

FIGURA

Portatroquel maestro: troquelado en troquel ajustable: es un método útil para operaciones de troquelado secundarias (después del recortado). El punzonado, recorte en ángulo, avellanado y otras operaciones se encuentran entre las que se pueden efectuar. Este sistema emplea combinaciones reutilizables de matriz y punzón para cada agujero u otro elemento que se troquela en la pieza de trabajo.

Estas combinaciones se sujetan a un portatroquel maestro reutilizable. El número de juegos de punzón-matriz usados y su posición determinan la configuración de la pieza de trabajo troquelada. En cada combinación punzón-matriz se tienen incorporados dispositivos botadores, los cuales están atornillados al portatroquel maestro o sostenidos magnéticamente como se muestra en la figura 3.86. Con frecuencia se emplean plantillas para colocar las combinaciones punzón-matriz en especial si el trabajo se realiza periódicamente.

Características y aplicaciones del troquelado de metales Quizá la principal característica de las piezas metálicas troqueladas es que, con unas cuantas excepciones, el espesor de la pared es esencialmente el mismo en toda la pieza. Las piezas troqueladas terminadas son, algunas veces, bastante complicadas en forma, con muchas salientes, brazos, agujeros de varias formas, huecos, cavidades y secciones levantadas como se muestra es la figura 3.87. En todos los casos, el espesor de la pared es esencialmente uniforme. No se realizan repujados gruesos del tipo que se encuentra en muchos vaciados.

Los troquelados se llevan a cabo en espesores que varían desde 0.025 mm hasta 9 mm de espesor. El tamaño de las piezas troqueladas va desde la más pequeña usada en los relojes de pulsera, hasta los, grandes tableros empleados en camiones o aviones.
El ingeniero de diseño debe tener presente el borde característico de una pieza troquelada, especialmente si incluye superficies de rozamiento o si, por apariencia u otras razones, se requieren bordes tersos. El diseñador también debe estar consciente de las rebabas que quedan en un lado de las piezas troqueladas y ser cuidadoso al diseñarlas, con objeto de poder removerlas con facilidad o que no interfieran con las subsecuentes operaciones o funcionamiento.

Troquelado convencional

Las piezas troqueladas pueden maquinarse después del recortado o doblado si se requieren dimensiones más precisas de las que pueden producirse por troquelado, o cuando se requieren formas que no son factibles solamente por troquelado. Ejemplos de esto es el escariado de los barrenos centrales de poleas o engranes troquelados, superficies rectificadas para darles planicidad y ranuras o áreas de alivio que requieren un cambio en el espesor de la pieza.

Cantidades económicas para producción El troquelado convencional es un proceso de alta producción. La producción es muy rápida, de 35 a 500 o más golpes por minuto. Si la producción total es suficiente para justificar el uso de troqueles compuestos o progresivos, tanto el recortado como el doblado pueden realizarse en un solo golpe de prensa. En estos casos, las piezas pueden producirse completas a una velocidad de miles por hora.

Un troquel progresivo para la producción de piezas similares a las ilustradas en la figura 3.87 requiere altos rangos de producción (250 000 piezas al año, por ejemplo) para justificar la inversión. Los troqueles convencionales para producir tales piezas podrían constar de un troquel recortador y perforador y de un troquel doblador que juntos, cuestan sólo la mitad de un troquel progresivo. Como regla general, un troquel progresivo no deberá considerarse, a menos que puedan eliminarse cuando menos dos operaciones secundarias.

Los métodos de troquelado para bajos volúmenes deben considerarse en cualesquiera de las siguientes condiciones: (1) Para producciones piloto, prototipo o experimentales, particularmente cuando se esperan cambios de diseño, por lo que aún no es recomendable el uso de herramental permanente. (2) Para producción de piezas de repuesto después de que el herramental original se ha desechado. (3) Para productos como equipo industrial, médico o de laboratorio cuyos volúmenes de producción no son grandes. (4) En los casos en que es esencial el envío inmediato de un componente para el éxito comercial de un producto (por ejemplo, un artículo de temporada cuyo desarrollo ha comenzado tardíamente o requiere mucho tiempo). Con un menor tiempo de fabricación del herramental, la producción puede empezar con más rapidez. En estos casos, los requerimientos económicos básicos (bajo costo y alta productividad) pueden desecharse con el herramental temporal. Estas consideraciones deben tomarse en consideración cuando luego se desarrolle el herramental de tipo permanente. (5) Como repuesto a herramentales de tipo permanente, cuyo trabajo es esencial, a fin de evitar interrupciones en el proceso de manufactura. (6) Para negocios con escaso presupuesto donde no se considera conveniente invertir una gran suma en costoso herramental permanente.

Recomendaciones para diseño Utilización del material Las piezas deben diseñarse para lograr el máximo aprovechamiento del material. Las formas que pueden acomodarse muy juntas son mejores que las que tienen que espaciarse sobre el material. Una pieza en forma de L se acomoda mejor que una en forma de T.
Otros ejemplos se ilustran en la figura 3.88. Este aprovechamiento del material también requiere una estrecha comunicación entre el diseñador y el fabricante de troqueles, o cuando menos la habilidad del diseñador para visualizar una distribución como lo haría el fabricante de troqueles.

Otro ejemplo es el troquel típico para la laminación de un motor en el que las piezas de la armadura y del campo se hacen de la misma tira de material con muy poco desperdicio véase la figura 3.90.

Agujeros. El diámetro de los agujeros perforados no debe ser menor al espesor del material, como se muestra en la figura 3.91. Los manguitos de soporte de punzones especialmente sincronizados o el método de troquelado fino, permiten hacer agujeros más pequeños; pero con el herramental convencional de troquelado, la rotura de punzones se vuelve excesiva si se intentan perforar agujeros más pequeños que el mínimo establecido.

Proceso de troquelado fino

El proceso de troquelado fino es una técnica de prensado que utiliza una prensa especial y herramientas y troqueles de precisión para la producción de piezas que quedan casi terminadas y listas para usar cuando salen de la prensa de troquelado fino, a diferencia de las piezas que se troquelan por métodos convencionales. El troquelado fino produce piezas con superficies cortadas limpiamente a lo largo de todo el espesor del material. En comparación, las piezas troqueladas convencionalmente por logeneral exhiben un borde cortado con limpieza sólo sobre un tercio del espesor del material y el resto presenta fracturas. Con el troquelado convencional, cuando estas superficies desempeñan alguna función, se puede requerir alguna forma de operación secundaria de acabado, como, rectificado, escariado, pulido, etc. A menudo se necesitan varias de estas operaciones para terminar la pieza.

Cuando se emplea el troquelado fino, aparte del mejoramiento de la calidad de las superficies cortadas, puede obtenerse una mayor precisión dimensional; además el proceso permite operaciones que normalmente no se realizan con troquelado convencional.

Ciclo de la prensa En la figura 3.98 se presenta la secuencia de operaciones durante un ciclo de la prensa para troquelado fino: (1) el troquel se carga con material (2) El movimiento hacia arriba del carro levanta la platina inferior y el portatroquel. Esto levanta el material hasta la cara de la matriz. (3) Conforme cierra el troquel, el anillo V se encaja en el material. El material se sujeta entre el anillo V (o aguijón) y la placa de la matriz, por fuera del perímetro de corte. El contrapunzón (el cual está bajo presión) sujeta el material contra la cara del punzón cortador por la parte interior del perímetro de corte. 4) Mientras la presión del anillo V y la contrapresión se mantienen constantes, el punzón continúa su carrera hacia arriba, cortando limpiamente la pieza. Ésta queda dentro de la matriz mientras que el recorte interior queda dentro del punzón. En la posición máxima superior, todas las presiones son eliminadas. (5) El carro se retrae y se abre el troquel. (6) Casi enseguida de que se abre el herramental, se vuelve a aplicar la presión del anillo V. Esto desprende del punzón la tira del material que había quedado insertada en él y empuja el recorte interior fuera del punzón. La alimentación con material comienza. (7) Se vuelve a aplicar la contrapresión expulsando la pieza que continuaba en la matriz. (8) La pieza y el recorte se saca del área del troquel por medio de un chorro de aire o con un brazo removedor. (9) El ciclo se completa y queda listo para volver a empezar.

Herramental troqueles, troqueles progresivos Siempre que es posible, se produce una pieza con un troquel compuesto con objeto de fabricarla en una sola operación. Los troqueles progresivos para troquelado fino han estado en uso por varios años.

Las operaciones que pueden efectuarse en los troqueles progresivos para troquelado fino son las siguientes:
· Achaflanado (interno o externo)
· Doblado (laterales, lengüetas salientes, etc.)
· Acuñado para abocados adelgazado del material en componentes tipo martillo, bridas y monedas
o medallas.
· Formado embutidos superficiales son posibles en ciertas piezas y materiales).

Estampado

El estampado es un arte manual o proceso en el cual se replica o transfiere una imagen. Las imágenes se pueden transferir a una gran variedad de objetos, transformando lo cotidiano en un detalle único y especial. La estampación es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser una presión aplicada progresivamente o una percusión, para lo cual se utilizan prensas y martinetes. Los moldes, son estampas o matrices de acero, una de ellas deslizante a través de una guía (martillo o estampa superior) y la otra fija (yunque o estampa inferior). Si la temperatura del material a deformar es mayor a la temperatura de recristalización, se denomina estampación en caliente, y si es menor se denomina estampación en frío.

La fabricación de piezas mediante la presión de un molde sobre una plancha de materia prima. Al cesar la presión del molde, a pieza adquiere una determinada forma según las matrices utilizadas. Es el método utilizado para conformar las piezas de la carrocería. El estampado es una de las tareas de mecanizado más fáciles que existen, y permite un gran nivel de automatismo del proceso cuando se trata de realizar grandes cantidades de un producto.

Bajo el nombre genérico de estampado se encuentran otras tareas parecidas que se realizan en las chapas de los metales que se llaman, embutición y troquelado. Se denomina embutición al proceso de conformado en frío de los metales, por el que se transforma un disco o piezas recortada, según el material, en piezas huecas, e incluso partiendo de piezas previamente embutidas, estirarlas a una sección menor con mayor altura.

Tipos de Estampados

Estampación en Caliente

La estampación en caliente se realiza con el material a mayor temperatura que la temperatura de recristalización. En este caso se trata de un tipo de proceso de forja, con la peculiaridad de someter el material a compresión entre dos estampas. A esta temperatura el material tiene un límite elástico bajo y una región plástica amplia, siendo posible deformarlo sin incrementar su acritud.

El producto obtenido tiene menor precisión dimensional y mayor rugosidad que cuando se trabaja en frío, pero es posible obtener mayores deformaciones en caliente.Las estampas en caliente funcionan con dos partes básica: la inferior o yunque, y la superior o masa. Se puede realizar el proceso con martinete, martillos pistón, prensa mecánico o hidráulica o en balancín. Las operaciones son:

 Calentar los trozos (a 1100ºC aprox.)
 Esbozado (forjadura)
 Estampado
 Corte de rebabas en matriz
 Tratamiento térmico (recomposición del material)
 Arenado (limpieza)
 Acuñado (en frío, detalles)

Estampación en Frío

La estampación en frío se realiza con el material a menor temperatura que la temperatura de recristalización, por lo que se deforma el grano durante el proceso, obteniendo anisotropía en la estructura microscópica. Suele aplicarse a piezas de menor espesor que cuando se trabaja en caliente, usualmente chapas o láminas de espesor uniforme.

Las principales operaciones de estampación en frío son:

 Troquelación: punzonado (realización de agujeros), corte (separación de piezas de una chapa) o acuñación.

 Embutición: obtención de cuerpos huecos a partir de chapa plana.
 Deformación por flexión entre matrices: curvado, plegado o arrollado. Los materiales utilizados en la estampación en frío son dúctiles y maleables, como el acero de baja aleación, las aleaciones de aluminio (preferentemente al magnesio, sin cobre), el latón, la plata y el oro. Los materiales para estampación en frío deben cumplir las siguientes características:
 Tener una superficie perfecta, sin alteraciones como agujeros, arrugas,
 Tener un espesor uniforme en toda la chapa
 Tener características uniformes
 Ser maleables para que sea más fácil el proceso de estampación Los más empleados son el acero, el aluminio y sus aleaciones y los latones. Finalmente, puede que necesitemos una pieza estampada con una forma agresiva y, aunque presente una maleabilidad buena, resulta imposible hacerlo en una sola estampación, haciéndose necesario realizarlo en varios pasos. En las chapas de acero, la superficie queda recubierta de una capa de óxido que necesita ser decapada.

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TROQUELADO FORMADO DE MATERIALES

Prensa hidráulica de estampado, corte y punzonado