Punzonado y Troquelado
El punzonado y el torquelado son operaciones de cizallado en las que las cuchillas tienen la forma de lineas curvas cerradas que siguen los bordes de un punzon y una matriz. Básicamente, estas operaciones de corte son iguales y su diferencia es primordialmente una cuestion de definición. En el troquelado, el trozo de material que recorta el punzon, que aquí suele llamarse troquel, es la pieza a producir, por lo que las rebabas mayores y demas detalles indeseables deben dejarse en la banda. En el punzonado, el trozo recortado es el desperdicio, mientras que el resto de la banda constituye la pieza a producir. Ambas operaciones suelen realizarse en prensas mecanicas de varios tipos.
Hay variantes del punzonado y troquelado que han llegado a adquirir nombres especificos. El picado es una operación de punzonado que puede producir una ranura en el metal o bien un agujero redondo. Su objetivo es permitir que el metal fluya con mayor facilidad en las operaciones subsiguientes.
La Perforación consiste en punzonar un gran numero de orificios muy cerca unos de otros.
El entallado es esencialmente lo mismo que el punzonado, pero con el borde de la chapa formando la parte del perímetro del trozo de metal que se separa. Sirve para formar entallas en cualquier forma a lo largo del borde de la chapa.
El punzonado rapido es una variante del entallado en la que una maquina especial realiza una sucesión de entallas solapadas, cada vez mas hacia el interior de la chapa. El borde ya cortado forma uno de los extremos de la entalla que se esta cortando. Repitiendo esta operación, puede recortarse cualquier contorno en chapas de hasta unos 6.5mm. Las punzonadoras rapidas son maquinas sencillas, economicas y versátiles. Ademas, iniciando la operación desde un orificio punzonado o taladrado, puede recortarse el interior de una chapa.
El rasurado es una operación de acabado e la que se cizalla una cantidad de metal muy pequeña alrededor del borde de una pieza troquelada. Su objetivo fundamental es aumentar la exactitud dimensional, aunque tambien puede recurrirse a ella para conseguir un canto vivo o mas liso. Como solo se elimina una cantidad de metal muy pequeña, los troqueles y matrices deben construirse con muy poco juego. Hay piezas, como engranajes de pequeño tamaño. Que pueden rasurarse, tras troquelarse, para tolerancias de 0.025mm.
El desbarbado se destina a eliminar el metal en exceso de una pieza tras una operación de embuticion, forja o moldeo, Esencialmente, es un troquelado.
En el tronzado se separan piezas estampadas de una banda mediante un troquel y una matriz. Estos actuan a todo lo ancho de la banda. Frecuentemente, con una operación de tronzado de contorno irregular puede conseguirse a la vez que la pieza reciba la forma definitiva, o parte de ella.
Con el troquelado con sacabocados se recortan trozos perfilados de materiales poco resistentes, princialmente caucho, fibras y tejidos. El troquel o sacabocados puede golpearse con un martillo o mazo , o ser impulsado por una prensa de cualquier tipo.
Matrices de punzonar o troquelar.
Los componentes fundamentales de los utiles de punzonar y troquelar, son un punzon o troquel, una matriz y una placa extractora. Teóricamente, el punzon o troquel debe tener unas dimensiones tales que se adapte sin dificultades al interior de la matriz, pero con un juego uniforme cercano a cero sin que penetre a ella en la carrera descendente. En la practica, no obstante, el juego es del 5 al 12% del espesor del material, siendo 7% lo mas corriente, y el punzon penetra een la matriz una corta distancia. Durante el trabajo ambos deben mantenerse bien centrados para que el juego sea uniforme en todo el perímetro. La matriz suele encontrarse fija a la placa portamatriz de la prensa, la cual a su vez, esta fija al bastidor principal de esta. El punzon o troquel esta unido al piston de la prensa, y enta y sale de la matriz a cada carrera. A menudo, ambos utiles se montan, respectivamente, en un portapunzon (o portatroquel) y en un soporte de matriz, conjunto el cual siempre esta centrado y unidos a traves de guias. Cuando un conjunto herramienta-matriz esta correctamente centrado y unido al bloque portamatriz, este puede instalarse directamente en una prensa sin nesecidad de verificar el centrado, reduciéndose asi el tiempo de preparación del trabajo.
A partir de aquí, todo lo que se diga en funcion de punzones, es perfectamente valido para los troqueles.
El frente del punzon puede esmerilarse perpendicularmente a la dirección del movimiento, o bien puede recibir cierta inclinación, llamada a veces angulo de tijera. Este reduce la fuerza de corte máxima, puesto que el corte no se efectua en todo el contorno a la vez. El valor del angulo de tijera se limita a lo que da de si el espesor de material, y muchas veces es menos. Si se limita a la mitad, la fuerza de corte se reduce en un 25% aproximadamente, si se aprovecha todo el espesor la reducción es 50%. Pero la energia total necesaria nunca varia.
La misión de la placa expulsora es impedir que el punzon arrastre el material hacia arriba en su carrera ascendente. Se coloca a distancia suficiente por encima de la matriz de modo que la chapa pueda deslizar sin dificultad entre ella y la matriz. El orificio de la placa expulsora es mayor que el punzon, por lo que no hay rozamiento entre ellos.
En la mayoria de los casos, el portapunzon del util de punzonar esta unido al piston de la prensa, de modo que sube y baja a merced de este. En los utiles de punzonar mas pequeños, es practica actual que el punzon y el portapunzon suban por accion de unos resortes instalados en el util. Estos pequeños montajes suelen recibir el calificativo de autónomos. En ellos, el piston se limita a entrar en contacto con la parte superior del portapunzon y a impulsarlo, siendo los resortes responsables del retorno. Esta contruccion hace que el util de punzonar sea autónomo y pueda montarse y desmontarse de cualquier prensa con gran rapidez, ahorrando asi tiempos de preparación. Existen numerosas variedades de utiles de punzonar normalizados, con posibilidad de combinarlos de varias formas en la bancada de una prensa para producir piezas de gran tamaño que, de otro modo, requerirían utiles grandes y mas costosos.
Los punzones y matrices suelen hacerse de aceo para herramientas indeformable o templable al aire, por lo que pueden templarse tras el mecanizado sin riesgo de eformacion. A unos 3mm por debajo del frente de la matriz, esta suele recibir un rebaje inclinado, o alivio, al objeto de reducir el rozamiento entre la pieza y lamatriz y facilitar la caida libre de aquella una vez cortada. El saliente de 3mm de grueso provee una resitencia suficiente y metal bastante para que la matriz pueda reafilarse por esmerilado algunas centésimas de milimetro a partir del frente.
Las matrices pueden hacerse de una sola pieza, con lo que se tiene una matriz esencialmente sencilla, aunque costosa, o bien puede hacerse a piezas que luego se reunen en su soporte. Este ultimo procedimiento simplifica habitualmente la construcción y rearacion en caso de daños, pues solo hay que sustituir la pieza inutilizada. En el mercado existe una grn cantidad de piezas para matriceria, con las cuales pueden construirse utiles de punzonar complicados a un costo relativamente bajo. Es normal conseguir ahorros sustanciales cuando los proyectistas estudian que componentes de matriceria normalizados existen y modifican el diseño de las piezas a punzonar y troquelar al objeto de aprovechar tales componentes. Una ventaja adicional es que, cuando el util ya no es necesario se puede desarmar y utilizar sus piezas para la construcción de otro.
Otro metodo para cizallar espesores de hasta unos 13mm lo proporcionan matrices “de regletas de acero”. En este caso, la matriz esta hecha de bandas metalicas templadas relativamente finas, que se montan y sujetan de canto, En lugar de un troquel normal, aquí se emplea una placa que sujeta las bandas. Enlugar de una placa expulsora hay una almohadilla de caucho de neopreno, la cual expulsa la pieza torquelada entre las bandas de la matriz.
Estos utiles de troquelar son usualmente de construcción mucho menos costosa que las matrices enterizas, por lo que resultan mas ecomendables para producir un pequeño numero de piezas.
El juego de matrices progresivas, combina los procesos de troquelado y punzonado. Básicamente se compone de dos o mas juegos de punzones y troqueles y matrices montados en serie. La banda metalica se hace avanzar a traves de la serie de matrices, y el posicionamiento se realiza a traves de un mecanismo de parada con ganchos, de manera que lo trabajado n la matriz anterior, quede centrado para la siguiente. Al final del camino se produce una pieza por cada vez que la prensa deciende, a pesar de que se estan realizando multiples punzonados y troquelados. Un ejemplo de esto es la producción de arandelas.
Las matrices progresivas ofrecen la ventaja de que son faciles de construir y de reparación economica, pues la rotura de un punzon no exige reponer el conjunto completo. Sin embargo, cuando se requiere que las operaciones sucesivas queden centradas muy exactamente, no resultan tan bondadosas como las matrices compuestas.
En las matrices compuestas, el punzonado y el troquelado, u otras combinaciones, tienen lugar progresivamente en una sola carrera del piston mientras la banda de material ocupa una sola posición. Son utiles mas exactos pero de construcción mas costosa y mas sucepstible a rotura.
Para practicar un gran numero de punzonados en piezas de chapa se emplean generalmente prensas de punzonar revolver de mando numerico. En estas maquinas, los revolveres coordinados pueden contener toda un variedad, muchas veces hasta 60, de punzones y matrices, los cuales pueden rotar y colocarse en posición con gran rapidez. La pieza se posiciona merced a los movimientos X-Y de la mesa.
Diseño de piezas
Laconstruccion, utilización y mantenimiento de las matrices de punzonar y troquelar puede simplificarse en gran medida si los proyectistas de las pizas a fabricar tienen presentes algunas reglas sencillas:
1.-Si se emplean matrices macizas, las aristas de las piezas troqueladas deben estas matadas exactamente. Si las matrices son desarmables, son preferibles las aristas vivas.
2.-La anchura de todo saliente o rebaje debe ser al menos 1.5 veces el espesor del metal y nunca menor de 2.5mm
3.- Los diámetros de los agujeros punzonados no deben ser inferiores al espesor del metal, o como minimo 0.65mm. Es posiblie hacer orificios menores, pero con dificultad.
4.-La distancia minima entre orificios, o entre un orificio y el borde del material, debe ser igual al menos al espesor del metal.
5.- Las tolerancias deben mantenerse lo mas altas posible. Las tolerancias inferiores a unos +-0.08mm hacen necesario rasurar.
6.- Para reducir a un minimo los desperdicios hay que disponer adecuadamente las piezas sobre la banda.