INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL E INGENIERIA Y TECNOLOGIAS AVANZADAS

USO Y MANTENIMIENTO DE HERRAMENTAL

ExtractoQue para obtener la calificacin aprobatoria en la materia de Uso y Mantenimiento de Herramental por Saberes Previamente Adquiridos

Tabla de contenidoObjetivo:2Introduccin2Elementos de un troquel2El troquelado4Procesos de Fabricacin4Dimensiones y Tolerancias9

Desarrollo de un TroquelObjetivo:

Disear un troquel con las caractersticas de funcionalidad exigidas, as como dar una visin global de los pasos a seguir en la elaboracin de un troquel, siguiendo y aplicando el modelado slido de todos los componentes del mismo, cuando y porque escoger este mtodo de fabricacin, la eleccin de sus componentes y su diseo.

Introduccin

El conformado en fro, o estampado, de la chapa metlica engloba a una serie de procesos productivos de gran importancia dentro de la industria, debido a que permite obtener elementos ms ligeros, resistentes y econmicos que los obtenidos mediante otros procesos productivos, como fundicin, forja, etc.. que son empleados en una gran variedad de industrias: automocin, aeronutica, electrnica, etc. Estos procesos que transforman a la chapa se realizan mediante utillajes especiales denominados troqueles colocados sobre prensas.

Se define como troquelado o estampado al conjunto de operaciones con las cuales sin producir viruta, sometemos una lmina plana a ciertas transformaciones a fin de obtener una pieza de forma geomtrica propia.

Elementos de un troquel

La placa inferior: Se fija mediante pernos que se introducen por las guas de la mesa de la prensa y por los agujeros realizados al efecto en la placa. En ella se fija la matriz y las columnas gua.

La placa superior: Ha de anclarse en la parte superior de la prensa o carro mediante pernos que se introducen por las guas de la prensa y las diseadas al efecto en la placa. Sobre ella se sitan las herramientas que actuarn sobre la pieza y los pistones. Se ha de tener en cuenta que las columnas gua han de pasar a travs de la placa y deben librar la prensa en su posicin ms desfavorable.

La placa pisadora: Va entre las anteriores y su funcin es fijar la pieza a la matriz antes de que baje totalmente la prensa y acten las herramientas de corte doblado u otras que pasan a travs de ella y lo hagan de forma precisa. En el proceso de ascenso de la prensa tiene la importante funcin de evitar que la pieza sea arrastrada por las herramientas que han actuado sobre ella. Para ello se colocan unos pistones que mantienen la placa pisadora sobre la pieza durante un tramo del ascenso.

Columnas gua: El guiado de las placas es una faceta importante ya que para que realicen las placas superior y pisadora su desplazamiento con precisin se disponen columnas o placas de guiado que se fijan en la placa inferior. Por consiguiente el ajuste es con apriete y se suelen introducir incrementando la temperatura en la placa inferior. En las otras ha de haber juego y para evitar su deterioro y facilitar el deslizamiento se colocan casquillos.

Casquillos: Son piezas de forma cilndrica que se fijan a la placa con un ajuste con apriete suave y con unas bridas para que no se salgan con el uso. El ajuste con la columna es con juego. Para facilitar el desplazamiento pueden tener ndulos de grafito o bolas.

Punzn: Es un elemento de gran dureza que realiza un agujero en la pieza tienen la forma del orificio que se pretende usualmente circular. Son elementos normalizados si bien hay medidas que es preciso realizar especficamente. En este caso son cilndricos y en la parte superior tienen una cabeza de mayor dimetro. El punzn es la pieza que ms desgaste va a tener por ello se van a desmontar con facilidad para poderlos rectificar o cambiar cuando ya no sean recuperables.

Porta punzones: Es la pieza en la que se ubica el punzn determinando su correcta posicin y aportando rigidez de modo que no sufran pandeo ya que al ser relativamente largos y los esfuerzos tan grandes podran verse afectados.

Matriz: Es un elemento bsico del troquel en la que se coloca la pieza para el punzonado. Tiene la forma negativa de la pieza y se apoya sobre la placa inferior intercalandose una sufridera. Se disponen huecos interiores que permiten la evacuacion de las pepitas y residuos de corte. Es importante el diseno de estas oquedades pues se ha de evitar que los residuos se atasquen y obstruyan la salida hacia la fosa de la prensa lo que podria provocar danos considerables en el troquel.

Pistones: Son resortes neumaticos consistentes en un vastago telescopico que se mueve por el interior de un cilindro que contiene nitrogeno a presion. El resorte neumatico es un muelle de bajo coeficiente que ofrece autonomia de funcionamiento al no requerir una instalacion neumatica ni canalizaciones con fluidos a presion. Se instalan entre la placa superior y la pisadora y su funcion es cuando desciende la prensa comprimir la placa pisadora fijando la pieza antes de que actuen los punzones (o herramientas) y cuando asciende mantener fija la pieza mientras salen los punzones.

El troquelado

Para definir un ciclo de troquelado, es necesario:

1. Definir la forma de la pieza, que impone cierto nmero de operaciones, de acuerdo con su complejidad.

2. Determinar las dimensiones.

3. Conocer el material del que se har la pieza, su plasticidad y elasticidad.

4. La posibilidad de extraer fcilmente la pieza de la matriz.

Procesos de Fabricacin

Un troquel puede elaborar una pieza o solo una operacin dependiendo de lo que se busque, y se clasifican en:

Simple: cuando en un solo golpe realiza la operacin correspondiente sobre la pieza.

Progresivo: cuando se alimenta de forma continua, realizando las diversas operaciones en cada golpe. El troquel se compone de diversas etapas, de modo que cuando una parte del fleje, en su avance, ha pasado por todas ellas, se obtiene la pieza final.

Las diversas operaciones que puede realizar un troquel pueden ser:

Corte o Punzado

Es la operacin de troquelado en la cual con herramientas aptas para el corte se separa una parte metlica de otra.

La lmina, para que pueda ser cortada con punzn de acero templado, debe tener un espesor menor o igual al dimetro del punzn.

La holgura debe estar entre 5 y 13% del espesor de la placa; en Inglaterra es normal usar los siguientes valores:

Materiales vs Holgura

Latn 0.05 eHierro Dulce 0.07 eAcero Dctil 0.10 e

El ngulo de escape permite que la lamina se pueda cortar entre los bloques de la matriz, depende fundamentalmente del material, espesor a cortar y del nmero de cortes.

1. El ngulo que comienza en la arista de corte se usa para metales blandos, como son: plomo, cobre, aluminio, latn y bronce. Este tipo de ngulo no es recomendable debido a la imposibilidad de afilar la matriz

2. El ngulo que comienza despues de una parte recta igual a 2 o 3 veces el espesor de la placa que se quiere cortar, se utiliza para metales duros como el hierro y el acero; los perfiles obtenidos con este ngulo son exactos.

3. A partir de la arista de corte de la matriz y hasta una profundidad de 2 o 3 veces el espesor del material a cortar existe una ligera conicidad, desde lo profundo la conicidad aumenta. Este ngulo es aplicable para corte de metales muy duros, cuyas piezas no requieren contornos precisos.

Fuerza necesaria para el corte:

p - Permetro de la figura ( mm )s - Espesor de la lmina ( mm )Q - Fuerza de corte ( N )R - Esfuerzo de rotura del material por tensin (N / mm2)T - Esfuerzo de rotura del material por corte (N / mm2)

Doblado o Curvado

El doblado es la operacin mas sencilla despus de la del corte o punzonado. Es necesario tener en cuenta:

1. El radio de curvatura: Se recomienda que el radio de curvatura interior sea mayor o igual que el espesor de la lmina con el fin de no estirar excesivamente la fibra exterior causando su ruptura.

2. Elasticidad del material: la pieza tiende a recuperar su forma natural.

Embutido

Consiste en transformar una lmina de metal en un cuerpo hueco tridimensional en una o mas pasadas. El troquel se debe lubricar para dar mayor fluidez al material y proteger las partes contra el rozamiento.

Cizallado

El corte se efecta con dos cuchillas cortantes longitudinales, una de las cuales esta fija y la otra se mueve alternativamente. Cada una de las hojas cortantes presenta un angulo de incidencia y un angulo de filo , cuyos valores varian segun el material a cortar, dentro de los limites siguientes:

La capacidad de las guillotinas se da por el ancho y espesor maximo de lamina que pueden cortar refiriendose a un determinado material, por ejemplo, acero medio. Se fabrican en diferentes cali- dades en cuanto a precision en el corte, y pueden ser de accion manual, mecanica o hidraulica, de acuerdo con el espesor a cortar y el ritmo de fabricacion deseado.

Dimensiones y Tolerancias

Tolerancias Dimensionales

Para poder clasificar y valorar la calidad de las piezas reales se han introducido las tolerancias dimensionales. Mediante estas se establece un lmite superior y otro inferior, dentro de los cuales tienen que estar las piezas buenas. Segn este criterio, todas las dimensiones deseadas, llamadas tambin dimensiones nominales, tienen que ir acompaadas de unos lmites, que les definen un campo de tolerancia. Muchas cotas de los planos, llevan estos lmites explcitos, a continuacin del valor nominal.

Tolerancias Geomtricas

Las tolerancias geomtricas se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funciones importantes en un conjunto, de las que depende la fiabilidad del producto. Estas tolerancias pueden controlar formas individuales o definir relaciones entre distintas formas. Es usual la siguiente clasificacin de estas tolerancias:

Formas primitivas: rectitud, planicidad, redondez, cilindricidad Formas complejas: perfil, superficie Orientacin: paralelismo, perpendicularidad, inclinacin Ubicacin: concentricidad, posicin Oscilacin: circular radial, axial o total

Valorar el cumplimento de estas exigencias, complementarias a las tolerancias dimensionales, requiere medios metrolgicos y mtodos de medicin complejos.

Tolerancias en los Troqueles

Puesto que todas las matrices cortantes han de llevar su correspondiente tolerancia de corte, con frecuencia se plantea el dilema de; Donde hay que aplicar la tolerancia de corte al Punzn o a la Matriz?.

Para agujeros, la medida nominal esta en el punzn y la tolerancia de corte en la matriz. Para perfiles exteriores la medida nominal esta en la matriz y la tolerancia de corte esta en el punzn.

Dependiendo de las tolerancias de la pieza y de como se realice la transformacin, habr que sobredimensionar el macho o la matriz.

El sistema de tolerancias normalizadas ISO establece una serie de posiciones de la tolerancia con respecto a la lnea cero, fijadas por medio de frmulas empricas dependientes de la medida nominal.

Para poder satisfacer las necesidades corrientes de ajustes, se ha previsto para cada grupo dimensional toda una gama de desviaciones, las cuales definen la posicin de las tolerancias con respecto a la lnea cero.

Las notaciones para las desviaciones son las siguientes:

ES: desviacin superior del agujero. EI: desviacin inferior del agujero. Es: desviacin superior del eje. Ei: desviacin inferior del eje.

Desviacin elegida para definir la posicin de la tolerancia con respecto a la lnea cero. Se adopta como desviacin fundamental, la ms prxima a dicha lnea.

Cada posicin de la tolerancia viene simbolizada por una letra (a veces dos), minsculas para los ejes y maysculas para los agujeros.

En el caso de ejes, las zonas de tolerancia situadas por debajo de la lnea cero se indican con las letras a, b, c, cd, d, e, ef, f, fg, g, h. La distancia de estas zonas de tolerancia a la lnea cero va disminuyendo desde la posicin a hasta la h.

En el caso de los agujeros, las zonas de tolerancia situadas por encima de la lnea cero se indican con las letras A, B, C, CD, D, E, EF, F, FG, G, H. La distancia de estas zonas de tolerancia a la lnea cero va disminuyendo desde la posicin A hasta la H.

Por su parte, las zonas de tolerancia situadas por debajo de la lnea cero se indican con las letras K, M, N, P, R, S, T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, ZC. La distancia de estas zonas de tolerancia a la lnea cero va aumentando desde la posicin J hasta la ZC.

Ajuste entre ejes y agujeros para las columnas del troquel

Seleccin de Prensa

Siempre se tienen dificultades para la seleccion de la prensa cuando se tiene un trabajo determinado; no hay muchas reglas definidas para este proposito, pero los siguientes puntos pueden ser de provecho ya que la seleccion puede depender de ellos:

1. Tipo y volumen de trabajo que se va a realizar2. Dimensiones y tipo del troquel o matriz requerido3. Fuerza requerida para efectuar el trabajo4. Fuerza adicional requerida debido a dispositivos como los que se usan durante el estampado para evitar que la lamina se pliegue, extractores de pieza, etcetera.5. Distancia que hay entre el punto mas bajo de la carrera y la mesa6. El metodo de alimentacion, la direccion de esta y el tamano de la pieza que se fabrica.

Seleccin de Material

Desde el tipo de material que se utiliza en el troquel, hasta el material que se va a cortar, cizallar, embutir o perforar, es necesario conocer su resistencia al corte, tensin y desgaste para poder elegir la combinacin mas correcta.

En la fabricacion de troqueles de corte se utilizan basicamente dos grupos de aceros: Los aceros para herramienta, para trabajo en frio y los aceros grado maquinaria. La compania que disena y fabrica los troqueles decidira a su conveniencia la equivalencia de cada acero segun el fabricante y/o distribuidor.

ASTM A-36 Se utiliza para la fabricacion de bases, soportes, porta punzones, porta matrices, paralelas etc. Es un material usado para construccion de estructuras. Es fundamentalmente una aleacion de hierro, minimo 98 %, con contenidos de carbono menores del 1 %, otras pequenas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar la resistencia, y fosforo, azufre, silice y vanadio para mejorar la soldabilidad y resistencia a la corrosion cuando se expone a la intemperie. Este material es usado en esta aplicacion fundamentalmente porque es un acero dulce, ductil, facil de maquinar, economico, y para estas aplicaciones no es tratado termicamente.

Acero DF2 - ARNE. Equivalente en la norma AISI al O1, es un acero de mediana aleacion (Cr-W) y temple al aceite, que toma dureza segura y uniforme. De minima variacion de medida, excelente resistencia al corte, alta resistencia al desgaste y buena tenacidad. Se mecaniza muy bien y es el acero mas universal para la fabricacion de herramientas. Este se utiliza en los troqueles de bajas producciones para matrices y punzones, topes o pilotos que requieren temple, alcanzando dureza de 52 a 54 HRC.

Acero XW5. Equivalente en la norma AISI al D2, es un acero de alta aleacion (Cr-W) y temple al aire o aceite, que toma dureza segura y uniforme. Utilizado para troqueles de corte de chapa de espesor mayor a 3mm.

Las piezas que se realicen a partir del proceso de troquelado son laminas de diversos materiales, es necesario conocer su grosor y la resistencia al corte y doblez.

Desarrollo

De acuerdo a lo que ya se sabe sobre troqueles y herramentales, dibuje el sistema de poste y la matriz para la elaboracin de una bornera automotriz de acero dulce en forma de laminas. Incluya los planos, as como los fundamentos tericos sobre el desarrollo de troqueles.