Corte y perforación

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El troquelado y la perforación son procesos de corte en los que se utilizan un punzón y una matriz para producir piezas a partir de bobinas o láminas. El troquelado produce las características externas del componente, mientras que la perforación produce orificios o formas internas. La banda se crea después de que se hayan producido varios componentes y se considera material de desecho. Los "restos" producidos al perforar las características internas también se consideran desechos. Los términos "perforación" y "punzonado" se pueden utilizar indistintamente.

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Las rebabas y el rebordeado son características típicas de los componentes estampados. El rebordeado se crea cuando el material que se está estampando se comprime antes de que comience a cortarse. El rebordeado toma la forma de un radio alrededor del borde exterior de la pieza en bruto y los orificios perforados. Después de la compresión, la pieza se corta aproximadamente un 10 % del espesor de la pieza y luego se fractura y se libera de la tira o la lámina. Esta fractura produce un borde elevado y dentado que se denomina "rebaba". Las rebabas generalmente se eliminan mediante un proceso secundario. La altura de la rebaba se puede utilizar como un indicador importante del desgaste de la herramienta.

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Los criterios de selección de todos los parámetros del proceso están determinados por el espesor de la chapa y por la resistencia del material de la pieza a perforar.

La holgura entre el punzón y la matriz es un parámetro crucial que determina la carga en el filo de corte de la herramienta, conocida comúnmente como presión puntual. Una presión puntual excesiva puede acelerar el desgaste de la herramienta. La calidad de la superficie de la pieza recortada también se ve afectada por la holgura.

Las empresas desarrollan directrices de diseño específicas para cada material con el fin de definir los valores mínimos aceptables de diámetros de orificios, tamaños de puentes y dimensiones de ranuras. De manera similar, se debe determinar la disposición de las tiras (ancho y paso de las tiras). También se debe seleccionar el ancho de los puentes entre las piezas y el margen de borde entre la pieza y el borde de la tira.

Es posible que una operación sencilla solo requiera un troquel de panqueque . Si bien muchos troqueles realizan procedimientos complejos simultáneamente, un troquel de panqueque puede realizar solo un procedimiento simple y retirar el producto terminado a mano.

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Existen varios tipos de corte y perforación: lanceo, perforación, entallado, mordisqueo, afeitado, corte y punzonado.

El lancing es una operación de perforación en la que la pieza de trabajo se corta y se dobla con un solo golpe de la matriz. Una parte clave de este proceso es que no hay reducción del material, solo una modificación de su geometría. Esta operación se utiliza para hacer lengüetas, respiraderos y rejillas de ventilación . ^{[ cita requerida ]}

El corte que se hace en la punción no es un corte cerrado, como en la perforación aunque se utiliza una máquina similar, sino que se deja un lado conectado para doblarlo bruscamente o de manera más redondeada. ^{[ cita requerida ]}

El lanceo se puede utilizar para hacer contornos parciales y liberar material para otras operaciones posteriores en la línea de producción. ^{[ cita requerida ]} Junto con estas razones, el lanceo también se utiliza para hacer pestañas (donde el material se dobla en un ángulo de 90 grados con respecto al material), respiraderos (donde la curva es de alrededor de 45 grados) y rejillas de ventilación (donde la pieza es redondeada o ahuecada). ^{[ cita requerida ]} El lanceo también ayuda a cortar o cizallar ligeramente la chapa en forma cilíndrica. ^{[ cita requerida ]}

Normalmente, el corte se realiza en una prensa mecánica y requiere el uso de punzones y matrices. Los diferentes punzones y matrices determinan la forma y el ángulo (o curvatura) de la sección recién hecha del material. Las matrices y punzones deben estar hechos de acero para herramientas para soportar la naturaleza repetitiva del procedimiento. ^[2]

La perforación es una técnica de perforación que implica perforar una gran cantidad de agujeros muy espaciados. ^[3]

El entallado es una operación de perforación que elimina material del borde de la pieza de trabajo. ^[4]

El proceso de mordisqueo corta un contorno produciendo una serie de ranuras o muescas superpuestas. Para ello, se puede utilizar una mordisqueadora . Esto permite formar formas complejas en chapa metálica de hasta 6 mm (0,25 pulgadas) de espesor utilizando herramientas sencillas. ^[4] que es esencialmente un pequeño punzón y matriz que se mueve en vaivén rápidamente; alrededor de 300 a 900 veces por minuto. Los punzones están disponibles en varias formas y tamaños; los punzones oblongos y rectangulares son comunes porque minimizan el desperdicio y permiten mayores distancias entre golpes, en comparación con un punzón redondo. El mordisqueo puede ocurrir en el exterior o el interior del material, sin embargo, los cortes interiores requieren un orificio para insertar la herramienta. ^[5]

El proceso se utiliza a menudo en piezas que no tienen cantidades que puedan justificar un troquel de corte específico. La suavidad del borde está determinada por la forma del troquel de corte y la cantidad de superposición de los cortes; naturalmente, cuanto más se superpongan los cortes, más limpio será el borde. Para mayor precisión y suavidad, la mayoría de las formas creadas mediante mordisqueo se someten a procesos de limado o rectificado después de su finalización. ^[4]

El proceso de afeitado es una operación de acabado en la que se corta una pequeña cantidad de metal de una pieza ya troquelada. Su objetivo principal es obtener una mejor precisión dimensional, pero los objetivos secundarios incluyen escuadrar el borde y suavizarlo. Las piezas troqueladas se pueden afeitar con una precisión de hasta 0,025 mm (0,001 pulgadas). ^[4] El afeitado de metales se realiza para eliminar el exceso o la chatarra. Se proporciona un borde recto y liso y, por lo tanto, el afeitado se realiza con frecuencia en piezas de instrumentos, piezas de relojes y similares. El afeitado se realiza en matrices de afeitado especialmente diseñadas para este propósito.

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La operación de recorte es la última operación que se realiza, ya que corta el exceso o las características irregulares no deseadas de las paredes de las láminas dibujadas.

El troquelado fino es una forma especializada de troquelado en la que no hay zona de fractura al cortar. Esto se logra comprimiendo toda la pieza y luego un punzón superior e inferior extraen la pieza en bruto. ^[6] Esto permite que el proceso mantenga tolerancias muy estrictas y quizás elimine operaciones secundarias.

Los materiales que se pueden troquelar incluyen aluminio , latón , cobre y aceros al carbono , aleados e inoxidables . ^{[ cita requerida ]}

Las prensas de troquelado fino son similares a otras prensas de estampación de metal , pero tienen algunas piezas adicionales críticas. Una prensa de troquelado fino compuesta típica incluye un punzón de matriz endurecido (macho), la matriz de troquelado endurecida (hembra) y una placa guía de forma/tamaño similar a la matriz de troquelado. La placa guía es la primera que se aplica al material, impactando el material con una protuberancia o aguijón afilado alrededor del perímetro de la abertura de la matriz. A continuación, se aplica una contrapresión opuesta al punzón y, finalmente, el punzón de matriz fuerza el material a través de la abertura de la matriz. Dado que la placa guía sujeta el material con tanta fuerza y ​​dado que se aplica la contrapresión, el material se corta de una manera más parecida a la extrusión que al punzonado típico. Las propiedades mecánicas del corte se benefician de manera similar con una capa endurecida en el borde cortado de la pieza. ^[7] Debido a que el material se sujeta y controla con tanta fuerza en esta configuración, la planitud de la pieza se mantiene muy fiel, la distorsión se elimina casi por completo y las rebabas del borde son mínimas. Las holguras entre la matriz y el punzón son generalmente de alrededor del 1% del espesor del material cortado, que normalmente varía entre 0,5 y 13 mm (0,020 y 0,512 pulgadas). ^[8] Actualmente, se pueden cortar piezas de hasta 19 mm (0,75 pulgadas) de espesor utilizando troquelado fino. ^[9] Son posibles tolerancias entre ±0,0003 y 0,002 pulgadas (0,0076 y 0,0508 mm), dependiendo del espesor del material base y la resistencia a la tracción, y del diseño de la pieza. ^[10]

Con los procesos de troquelado fino compuestos estándar, a menudo se pueden completar varias piezas en una sola operación. Las piezas se pueden perforar , perforar parcialmente, desplazar (hasta 75°), estampar o acuñar , a menudo en una sola operación. ^[11] Algunas combinaciones pueden requerir operaciones de troquelado fino progresivas , en las que se realizan múltiples operaciones en la misma estación de prensado. Debido a la mayor vida útil, los punzones de troquelado suelen estar cubiertos por revestimientos protectores de PVD . ^[12]

Las ventajas del troquelado fino son:

• Excelente control dimensional, precisión y repetibilidad durante toda la producción;
• Se conserva una excelente planitud de la pieza;
• bordes rectos y con acabado superior a otros procesos de estampación de metales;
• poca necesidad de mecanizar detalles;
• Se pueden agregar múltiples funciones simultáneamente en una sola operación; ^[13]
• más económico para grandes series de producción que las operaciones tradicionales cuando se tienen en cuenta los costos y el tiempo de mecanizado adicionales (1000–20000 piezas como mínimo, dependiendo de las operaciones de mecanizado secundarias). ^[14]

Una de las principales ventajas del troquelado fino es que las ranuras o los agujeros se pueden colocar muy cerca de los bordes de la pieza o cerca unos de otros. Además, el troquelado fino puede producir agujeros mucho más pequeños (en comparación con el espesor del material) que los que se pueden producir mediante el estampado convencional.

Las desventajas son:

• ligeramente más lento que las operaciones de punzonado tradicionales;
• mayores costos de equipo, debido al mayor costo de las herramientas en comparación con las operaciones de punzonado tradicionales y a los mayores requisitos de tonelaje para las prensas

• Bralla, James G. (1999). Manual de diseño para la fabricación . Nueva York, Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-007139-X.
• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003). Materiales y procesos en la fabricación (novena edición). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.
• Todd, Robert H.; Dell K. Allen; Leo Alting (1994), Guía de referencia de procesos de fabricación, Industrial Press Inc, ISBN 0-8311-3049-0