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PUNZONADO

El punzonado es una operación mecánica por el cual mediante los dispositivos y herramientas adecuadas, se realiza un corte a una placa metálica para obtener una pieza con una forma geométrica cualquiera que se desee, en forma de superficie plana.

El corte por punzonado se desarrolla en el fenómeno de transformación plástica del material a cortar, siguiendo detenidamente el proceso se puede observar que la placa metálica es sometida a compresión continua por el punzón y la matriz del punzón, oponiendo resistencia a esta el mismo material, cuando el esfuerzo de compresión del punzón es superior a la resistencia de corte del material, la sección de material se desprenderá de la placa en dirección del ataque del punzón.

También durante el proceso, el material sufre una deformación elástica debido a los esfuerzos generados por la acción del punzón, hasta que el limite elástico del material es superado y el material se corta, posteriormente al caer el material a través de la matriz, este se recupera de forma rápida y enérgica quedando atrapado dentro del agujero de l matriz, hasta que el corte de una segunda pieza empuje a la primera y la obligue a salir.

Teóricamente por definición se admite una relación entre el diámetro de la sección a cortar y el espesor de la lámina, ya que el espesor de la placa no puede ser mayor que el diámetro de la sección, por que la resistencia de corte del material seria mayor que el esfuerzo que puede soportar el punzón. Esta relación es la siguiente:

Insertar formula

Donde S es el espesor del material y D el diámetro del punzón, esto se aplica exclusivamente a placa de y hierro o acero dulce.

ANGULO DE ESCAPE DE LA MATRIZ

Como se mencionó anteriormente en el proceso de punzonado el material sufre una deformación elástica y posteriormente sufre de forma inmediata una recuperación energética y vigorosa que provoca que el material quede atrapado dentro del agujero de la matriz, y para ser expulsada requiere ser empujada por una segunda pieza punzonada. En el punzonado de la segunda pieza el esfuerzo requerido será superior ya que debe de cortar la segunda pieza y expulsar la primera.

Para facilitar esto y evitar que los grandes esfuerzos laterales y la fricción de la pieza atrapada dentro del agujero de la matriz pueda dañar la matriz, se genera un ángulo de escape dentro del agujero de la matriz para que dichos esfuerzo vayan disminuyendo, alargando así la vida de la matriz y facilitar la operación de punzonado.

Existen diversos tipos de ángulos de escape y su elección depende del tipo de material a punzonar, el número de piezas y la calidad del proceso:

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Se genera un ángulo de 1 a 2 grados a partir de la arista de corte, se usa principalmente en trabajos de poca precisión y para materiales blandos debido a que generan una gran cantidad de piezas sin tener que rectificar su superficie para recuperar el filo. DIBUJOA partir de la arista de corte se genera una profundidad recta equivalente a 2 o 3 veces el espesor del material que se desea punzonar; y al final de esta profundidad, a partir de la arista comienza un ángulo de 2 o 3 grados. Este tipo de ángulo de escape es utilizado en trabajos de precisión y con materiales más resistentes ya que constantemente se puede rectificar la superficie de la matriz para recuperar el filo sin que esto afecte las dimensiones del perfil de la pieza obtenida. DIBUJOA partir de la arista de corte de la matriz se genera una profundidad ligeramente cónica (5 grados aproximadamente) equivalente a 2 o 3 veces el espesor del material y después de dicho espesor el ángulo de escape aumenta rápidamente a 1 o 2 grados. Este tipo de ángulo se usa principalmente para materiales muy resistentes pero en trabajos con muy poca precisión, debido a que al rectificarse la superficie, la herramienta pierde precisión. DIBUJOA partir de la superficie la profundidad es recta equivalente a 2 o 3 veces el espesor de material, posteriormente en vez de tener un ángulo de salida hay un escalón que aumenta abruptamente el diámetro del agujero, y así permitir la salida del material. Esta forma de ángulo es usado principalmente en perfiles muy precisos y materiales medianamente resistentes. DIBUJO

JUEGO ENTRE EL PUNZON Y LA MATRIZLa precisión de las piezas fabricadas con matrices depende de la precisión con la que son fabricados dichos herramentales, y una parte fundamental es la holgura que debe existir entre el punzón y la matriz, y es que usar la holgura indicada ayuda en lo posible reducir el esfuerzo requerido para punzonar una pieza de forma correcta.

La holgura tiene un punto crítico, el cual ayuda a poder fabricar piezas limpias y sin rebaba en los bordes con el menor esfuerzo requerido, pero trabajar fuera de este límite provoca que se necesite grandes presiones y se obtengan piezas defectuosas.

La mayor parte de los criterios usados para dar holgura a una matriz o a un punzón, existen como resultado de pruebas y experimentos y sus resultados han sido plasmado en tablas para su fácil uso, como se muestra en la siguiente tabla:

CREAR TABLA DE TOLERANCIAS ENTRE PUNZONES Y MATRICES

Un punto muy importante es si la holgura es agregada a la matriz o al punzón, ya que esto afecta a las piezas fabricadas. Si el contorno exterior de la pieza debe ser exacto la holgura es restada a las dimensiones del punzón mientras que las dimensiones de la matriz deben de ser exactamente las de la pieza a fabricar, por el contario si el contorno interior debe de ser exacto, la holgura debe de ser adicionada a la matriz y el punzón debe de ser exacto.

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DETERMINACION DE LOS ESFUERZOS DE CORTE Y PRESIONES PARA EL PUNZONADO

Anteriormente ya se explicó el fenómeno mecánico del punzonado donde el punzón y la matriz ejercen un fenómeno de compresión y el mismo material ofrece un esfuerzo de resistencia a dicha compresión, cuando la fuerza de compresión supera el límite de resistencia de corte o cizalladura del material, el material se corta y este cae a través del agujero de la matriz.

Pero más detenidamente se observa que durante la carrera del punzón desarrolla primeramente un esfuerzo para vencer la resistencia opuesta por la estructura molecular del material; después, al desaparecer este esfuerzo, aparece otro proveniente de las tensiones elásticas del material, que es notablemente enérgico y se desarrolla sin fenómeno alguno de cizalladura; cabe sumar a este esfuerzo el de la resistencia opuesta a la expulsión por las piezas cortadas según vimos anteriormente, posteriormente el tercer esfuerzo, ya decreciente, es el originado por las fricciones en el final de carrera de penetración del punzón, el siguiente grafico muestra los tres esfuerzos desarrollados.

Para determinar esfuerzo necesaria para poder realizar exitosamente el punzonado, se estudia el fenómeno como un esfuerzo cortante directo, es decir la fuerza cortante aplicada es resistida uniformemente por el área y se produce un nivel uniforme de fuerza cortante en el área. El símbolo utilizado es la letra griega minúscula tau

La magnitud de la fuerza de corte está en función de la periferia de la pieza a cortar y también del espesor, por lo cual el área sometida a corte se calcula de la siguiente forma:

Por consiguiente para obtener la fuerza necesaria para el punzonado obtendremos la siguiente formula:

t=Espesor de la placa cortada en mm

p=Perímetro de la pieza a cortar en mm

tau=resistencia al corte del material en kg/mm

p x t x tau =F Kg

Si la pieza tuviese varios recortes hechos en la misma operación, se deberá obtener todos los valores parciales y sumarlos para obtener la fuerza total de corte.

DISPOSICION DE FIGURAS

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Por lo regular las figuras que se requieren punzonar tienen una forma irregular, y al diseñar algún herramental lo que se busca es obtener el máximo rendimiento de dicha herramienta, obteniendo el mayor número de piezas con la menor cantidad de material utilizado. Se busca por lo general posicionar de forma conveniente la ventana de la matriz usando una disposición de las figuras que dé como resultado la menor cantidad de material desperdiciado.

INSERTAR IMÁGENES DE DISPOSICION DE FIGURAS

Un punto importante a tomar en cuenta es la separación que debe existir entre piezas, ya que si hay poca separación entre piezas, al ocurrir el fenómeno de la elasticidad, antes mencionado, puede provocar piezas defectuosas o daños en los punzones o en la matriz. Por norma general esta separación tiene relación con el espesor del material a cortar, se debe de dar una separación de 1.5 t (siendo t el espesor del material), en la siguiente grafica se muestran las separaciones normales para los espesores más frecuentes.

Otro sistema empleado en la construcción de matrices es la de colocar dos o tres punzones y matrices intercalados para duplicar o triplicar la producción de piezas o para crear piezas que tienen agujeros, taladros o bien, otros perfiles recortados en la misma estructura de la pieza punzonada, en estos casos las posiciones relativas de los punzones y la matriz debe de ser la correcta y la fabricación de este tipo de herramientas debe de ser absolutamente precisa.

Para poder lograr lo anterior los punzones deben tener una posición relativa adecuada y correcta entre sí, a esta posición relativa se le llama paso.

El paso se determina sumando las dimensiones longitudinales de la pieza, la anchura mínima entre dos piezas, que es el desperdicio que queda entre las piezas. Esta distancia deberá mantenerse exactamente entre grupo y grupo de figuras, y de la exactitud de la ejecución depende la precisión de la pieza acabada. Un ejemplo de esto se muestra en la siguiente figura:

FIGURA DE EJEMPLO DE PASO

CARACTERISTICAS Y PARTES DE UNA MATRIZ DE PUNZONADO

Todos los elementos de un herramental de punzonado se colocan en una base que consta de dos placas llamado daiset, los elementos que constan la herramienta son los siguientes:

1-Mamelon o macho portapunzones: Este elemento tiene como fin acoplar la herramienta con la máquina que se utilizara, es decir la prensa o troquel. Existen diversos tipos de mamelones y si forma entre ellos no varía mucho, pero las dimensiones de un mamelón dependerán de la potencia de la máquina, en toneladas, que se usara.

2.-Placa portapunzones: Como su nombre se dice sobre esta placa reposan los punzones, su función es muy importante ya que en ella se distribuyen los punzones, y la precisión de la

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herramienta, depende de la precisión con la que se construye este elemento. La forma de sujeción de los punzones varia y depende de algunos factores como por ejemplo:

a) las dimensiones del punzón

b) de su forma

c) del tipo de matriz

d) del modo como haya sido elaborado

e) del espesor y del tipo de material de la placa a punzonar

f) de la cantidad de piezas que se han de cortar

3.-Placa freno de los punzones: Es la placa superior del daiset y como su nombre lo indica, sirve de freno y retención de los punzones y en ella se sujeta el mamelón o portamachos.

4.-Placa guía de los punzones o botador: Como su nombre lo indica su función es la de guiar a los punzones, pero también sirve como extractor de retal o desperdicio del material cortado que queda fuertemente adherido a la matriz.

En ella hay que distinguir dos peculiaridades, la primera es el espesor de la placa de guía debe estar en función de la altura de los punzones, la altura h1 de la placa es normalmente, llamando h

la altura total del punzón, por lo tanto h1= h2.5

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La segunda es que la altura a que se encuentra situada sobre la placa matriz debe sr en función del espesor del material, la distancia a que se encuentra de la placa matriz es aproximadamente cuatro o cinco el espesor del material, sin embargo esta altura puede variar también según el paso de la matriz, siendo menor la altura del punzón en razón inversa al paso.

PUNZONES

Los punzones son los órganos móviles de un herramental de punzonado, poseen la figura total o parcial de la pieza que se desea obtener, se sujetan en la placa portapunzones y trabajan perpendicularmente contra la matriz y son guiados por el botador.

La perpendicularidad de la matriz con los punzones es muy importante y por esta razón también debe existir juego con la placa porta punzones que les permite adaptarse bien a la guía confiando a ella su perpendicularidad.

En el diseño del punzón se debe tener siempre en cuenta la configuración de la pieza, procurando evitar las partes débiles que lo pongan en peligro y robustecerlo con partes llenas, confiando a otros punzones auxiliares, en operaciones simultaneas, el perfilado de la pieza que se desea obtener.

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PLACA MATRIZ

La placa matriz junto con los punzones son los elementos mas importantes de un troquel de punzonado. Las placas matrices son maquinadas con gran precisión y detalle, además de que es el elemento que mayores esfuerzos soporta