Troquel (fabricación)

Una matriz es una máquina herramienta especializada que se utiliza en las industrias manufactureras para cortar y/o dar forma a un material según la forma o el perfil deseados. Las matrices de estampación se utilizan con una prensa , ^[1] a diferencia de las matrices de embutición (que se utilizan en la fabricación de alambre) y las matrices de fundición (que se utilizan en el moldeado ), que no lo son. Al igual que los moldes, las matrices generalmente se personalizan según el artículo que se utiliza para crear.

Los productos fabricados con troqueles van desde simples clips para papel hasta piezas complejas utilizadas en tecnología avanzada. El corte por láser de alimentación continua puede desplazar el proceso análogo basado en troqueles en la industria automotriz, ^[2] entre otras.

El troquelado y la perforación son dos operaciones de troquelado , y el doblado es un ejemplo de una operación de troquelado.

Las operaciones de conformado funcionan deformando materiales como chapa metálica o plástico mediante fuerza ( compresión , tensión o ambas) y dependen de las propiedades mecánicas del material . ^[3] Los troqueles de conformado suelen ser fabricados por fabricantes de herramientas y matrices y se ponen en producción después de montarlos en una prensa .

Para el conformado al vacío de láminas de plástico se utiliza un único molde, normalmente para formar envases de plástico transparente (llamados blísters ) para mercancías. El conformado al vacío se considera un proceso de termoformado de moldeo simple , pero utiliza los mismos principios que el conformado con troquel.

Para el conformado de chapas metálicas, como las piezas de carrocería de automóviles , se pueden utilizar dos partes: una, llamada punzón , realiza la operación de estiramiento, doblado y/o troquelado, mientras que otra parte, llamada bloque de matriz, sujeta firmemente la pieza de trabajo y proporciona una operación similar de estiramiento, doblado y/o troquelado. La pieza de trabajo puede pasar por varias etapas utilizando diferentes herramientas u operaciones para obtener la forma final. En el caso de un componente de automóvil, normalmente habrá una operación de cizallamiento después de que se haya realizado el conformado principal. Se pueden realizar operaciones adicionales de engarce o laminado para garantizar que todos los bordes afilados queden ocultos y/o para añadir rigidez al panel.

Los componentes principales de un juego de troqueles (incluido el montaje de la prensa) son los siguientes. Debido a que la nomenclatura varía según las fuentes, los nombres alternativos se encuentran entre paréntesis:

• Zapatas de matriz (soportes): el conjunto de placas planas y paralelas que sirven como base para montar los componentes de la matriz. ^[4]
• Pasadores guía (pilares): junto con los bujes guía, los pasadores alinean las zapatas de la matriz con precisión durante cada carrera de la prensa. ^[4]
• Juego de matrices (placas). ^[5] La colocación puede invertirse según la operación, como por ejemplo el uso de un troquel: ^[6]
  • Bloque de matriz: la mitad inferior del conjunto de matrices. Mecanizado para adaptarse a la forma deseada de la pieza de trabajo que se está formando o cortando.
  • Placa de perforación: la mitad superior del juego de troqueles. Sostiene y sostiene los diferentes punzones en su lugar.
• Punzón: parte macho de la matriz que perfora la chapa metálica y la introduce en la sección correspondiente (hembra) del bloque de matriz. Más específicamente: ^[1]
  • Punzón de corte: realiza una operación de doble propósito en la que se corta un trozo perfilado, llamado pieza en bruto, y se utiliza para trabajar más, o se corta una pieza terminada a partir de la chapa metálica.
  • Punzón perforador: corta la forma deseada (circular, poligonal , etc.) de la pieza de trabajo. El trozo sobrante se descarta.
• Placa separadora (almohadilla): placa accionada por resorte que separa (es decir, separa) la pieza de trabajo del punzón que se retira después de cada carrera de prensa. ^[7]
• Piloto: Esto ayudará a colocar la lámina con precisión para la siguiente etapa de la operación.
• Guía de stock: garantiza que el material en el que se trabaja siempre vaya en la misma posición, dentro del troquel, que el último.
• Bloque de ajuste (parada): esta parte se utiliza para controlar la profundidad a la que el punzón penetra en la matriz.
• Vástago: instala la placa del punzón en la prensa. Debe estar alineado y situado en el centro de gravedad de la placa. ^[8]

• Troquelado: un troquel troquelador produce una pieza plana de material cortando la forma deseada en una sola operación. La pieza terminada se denomina pieza en bruto. Por lo general, un troquel troquelador solo puede cortar el contorno exterior de una pieza, y suele utilizarse para piezas sin características internas.
  Tres ventajas del troquelado son:

1. Precisión . Una matriz bien afilada, con la cantidad correcta de espacio libre entre el punzón y la matriz, producirá una pieza que mantenga tolerancias dimensionales estrechas en relación con los bordes de la pieza.
2. Aspecto . Dado que la pieza se troquela en una sola operación, los bordes de acabado de la pieza producen un aspecto uniforme, a diferencia de los distintos grados de pulido que se producen en varias operaciones.
3. Planitud . Debido a la compresión uniforme del proceso de troquelado, el resultado es una pieza plana que puede conservar un nivel específico de planitud para operaciones de fabricación adicionales.

• Brochado : proceso de eliminación de material mediante el uso de múltiples dientes de corte, cada uno de los cuales corta detrás del otro. A menudo se utiliza una matriz de brochado para eliminar material de piezas que son demasiado gruesas para ser raspadas.
• Abombamiento: un troquel abombador expande el extremo cerrado del tubo mediante el uso de dos tipos de troqueles abombadores. De manera similar a la forma en que el gorro de un chef se abomba en la parte superior desde la banda cilíndrica que rodea la cabeza del chef.

1. Matrices de fluidos abultados: utiliza agua o aceite como vehículo para expandir la pieza.
2. Troqueles de caucho abultados: utilizan una almohadilla o un bloque de caucho bajo presión para mover la pared de una pieza de trabajo.

• Acuñación : es similar a la formación, con la principal diferencia de que una matriz de acuñación puede formar características completamente diferentes en cada cara de la pieza en bruto, características que se transfieren desde la cara del punzón o la matriz respectivamente. La matriz de acuñación y el punzón hacen fluir el metal apretando la pieza en bruto dentro de un área confinada, en lugar de doblarla. Por ejemplo, una medalla olímpica que se formó a partir de una matriz de acuñación puede tener una superficie plana en la parte posterior y una característica en relieve en la parte delantera. Si la medalla fue formada (o estampada), la superficie de la parte posterior sería la imagen inversa de la parte delantera.
• Operaciones compuestas : las matrices compuestas realizan múltiples operaciones en la pieza. La operación compuesta es el acto de implementar más de una operación durante el ciclo de prensado .
• Matriz compuesta : un tipo de matriz que tiene el bloque de matriz (matriz) montado en una placa de punzón con perforadores en la matriz superior y el punzón interior montado en el conjunto de matrices inferior. Un tipo invertido de matrices de troquelado que perfora hacia arriba, dejando la pieza sobre el punzón inferior (después de ser extraída de la matriz superior en el recorrido de retorno de la prensa) en lugar de troquelar la pieza. Una matriz compuesta permite cortar características internas y externas de la pieza en un solo recorrido de la prensa.
• Rizado : La operación de rizado se utiliza para enrollar el material hasta darle una forma curva. Una bisagra de puerta es un ejemplo de una pieza creada con una matriz de rizado.
• Corte: Las matrices de corte se utilizan para cortar el exceso de material de un extremo terminado de una pieza o para cortar una longitud predeterminada de tira de material para operaciones adicionales.
• Dibujo : La operación de dibujo es muy similar a la operación de conformado, excepto que la operación de dibujo sufre una deformación plástica severa y el material de la pieza se extiende por los lados. Una taza de metal con una característica detallada en la parte inferior es un ejemplo de la diferencia entre formado y embutido. La parte inferior de la taza se formó mientras que los lados se embutieron.
• Extrusión: La extrusión es el acto de deformar severamente piezas de metal llamadas lingotes para convertirlas en piezas terminadas, como una viga en I de aluminio . Las matrices de extrusión utilizan una presión extremadamente alta del punzón para expulsar el metal hasta obtener la forma deseada. La diferencia entre el conformado en frío y la extrusión es que las piezas extruidas no toman la forma del punzón.
• Conformado: troqueles de conformación para doblar la pieza a lo largo de una superficie curva. Un ejemplo de una pieza que se ha formado sería el extremo positivo (+) de una pila AA.
• Conformado en frío (encabezado en frío): el conformado en frío es similar a la extrusión en que aprieta el material en bruto, pero el conformado en frío utiliza el punzón y la matriz para crear la forma deseada, mientras que la extrusión no.

• Conformación por laminación : operación de plegado continuo en la que se da forma gradualmente a una lámina o tira de metal en conjuntos de rodillos en tándem hasta obtener la configuración transversal deseada. La conformación por laminación es ideal para producir piezas de gran longitud o en grandes cantidades.
• Troquelado: Un troquel de troquelado proporciona un árbol o cuerno en el que se colocan las piezas para operaciones secundarias.
• Hidroconformado : Conformado de piezas tubulares a partir de tubos más simples con alta presión de agua.
• Troquel tipo panqueque : un troquel tipo panqueque es un tipo simple de troquel de fabricación que realiza el troquelado y/o la perforación. Si bien muchos troqueles realizan procedimientos complejos simultáneamente, un troquel tipo panqueque puede realizar solo un procedimiento simple y retirar el producto terminado a mano.
• Perforación: La operación de perforación se utiliza para realizar agujeros en las piezas estampadas.
• Troquel de transferencia : Los troqueles de transferencia proporcionan distintas estaciones para realizar operaciones. Una práctica común es mover el material a través del troquel para que se modifique progresivamente en cada estación hasta que la operación final expulse una pieza terminada. ^[9]
• Matriz progresiva: La chapa metálica se alimenta como una tira en bobina y se realiza una operación diferente (como punzonado, troquelado y entallado) en la misma estación de la máquina con cada golpe de una serie de punzones.
• Perforación :
• Afeitado: La operación de afeitado elimina una pequeña cantidad de material de los bordes de la pieza para mejorar el acabado de los bordes o la precisión de la pieza. (Comparar con Recorte).
• Matriz de leva lateral: Las levas laterales transforman el movimiento vertical del cabezal de prensa en movimiento horizontal o angular.
• Operación de subprensa: La subprensa troquela y/o forma piezas pequeñas de relojes, relojes de pared e instrumentos.
• Remachado : El remachado (estrechamiento) es el proceso de "reducir" una característica de una pieza. El remachado es lo opuesto al abultamiento, ya que reduce el tamaño de la pieza. El extremo de un casquillo que captura la bala es un ejemplo de remachado.
• Recorte: Las matrices de recorte cortan el exceso o las características irregulares no deseadas de una pieza; generalmente son la última operación que se realiza.
• Juego de pilares: Los juegos de pilares se utilizan para la alineación de matrices en el movimiento de la prensa.

Las matrices de regla de acero , también conocidas como matrices cortadoras de galletas , se utilizan para cortar chapa metálica y materiales más blandos, como plásticos, madera, corcho , fieltro , telas y cartón . La superficie de corte de la matriz es el borde de tiras de acero endurecido, conocidas como regla de acero . Estas reglas de acero generalmente se ubican utilizando ranuras cortadas con sierra o láser en madera contrachapada . La matriz de acoplamiento puede ser una pieza plana de madera dura o acero, una forma macho que coincida con el perfil de la pieza de trabajo, o puede tener una ranura coincidente que permita que la regla se anide en ella. Las tiras de goma se encajan con la regla de acero para actuar como placa de extracción; la goma se comprime en la carrera descendente y en la carrera ascendente empuja la pieza de trabajo fuera de la matriz. La principal ventaja de las matrices de regla de acero es el bajo costo de fabricación, en comparación con las matrices sólidas; sin embargo, no son tan robustas como las matrices sólidas, por lo que generalmente solo se utilizan para tiradas de producción cortas. ^[10]

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  Una matriz de regla de acero
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  Una matriz de regla de acero
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  Troquel de regla de acero en una prensa

En el sentido más amplio, una matriz rotatoria es una matriz de forma cilíndrica que se puede utilizar en cualquier campo de fabricación. Sin embargo, lo más común es que se refiera a matrices de forma cilíndrica que se utilizan para procesar materiales blandos, como papel o cartón. Se utilizan dos reglas, reglas de corte y reglas de hendido. Esto es para tableros corrugados cuyo espesor es superior a 2 mm. Las matrices rotatorias son más rápidas que las matrices planas. ^{[11] [12]}

El término también se refiere a las matrices utilizadas en el proceso de conformado de rollos . ^[13]

Las matrices para fabricar alambre tienen un orificio en el medio. Un alambre o varilla de acero , cobre , otros metales o aleaciones entra por un lado y se lubrica y se reduce su tamaño. La punta principal del alambre suele ser puntiaguda en el proceso. Luego, la punta del alambre se guía hacia la matriz y se enrolla sobre un bloque en el lado opuesto. El bloque proporciona la energía para tirar del alambre a través de la matriz.

La matriz se divide en varias secciones diferentes. Primero está el ángulo de entrada que guía el alambre hacia la matriz. A continuación está el ángulo de aproximación, que lleva el alambre a la punta, lo que facilita la reducción. A continuación están el cojinete y el alivio posterior. Se agrega lubricación en el ángulo de entrada. El lubricante puede ser en forma de jabón en polvo. Si el lubricante es jabón, la fricción del trefilado del alambre calienta el jabón hasta la forma líquida y recubre el alambre. El alambre nunca debe entrar en contacto con la matriz. Una capa fina de lubricante debe evitar el contacto de metal con metal.

Para convertir una varilla sustancial en un alambre fino, se utiliza una serie de varias matrices para obtener una reducción progresiva del diámetro en etapas.

Los calibres de cable estándar solían referirse a la cantidad de troqueles por los que se había pasado el cable. Por lo tanto, un calibre de cable con un número más alto significaba que el cable era más delgado. Los cables telefónicos típicos eran de calibre 22, mientras que los cables de alimentación principal podían ser de calibre 3 o 4.

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (novena edición), Wiley, ISBN 978-0-471-65653-1.

• Paquin, JR; Crowley, RE (1987). Fundamentos del diseño de matrices . Nueva York, Ciudad de Nueva York : Industrial Press Inc. ISBN 0-8311-1172-0 . 
• Reid, David T. (1991). Fundamentos del diseño de herramientas . Dearborn, Michigan : Sociedad de Ingenieros de Manufactura. ISBN 0-87263-412-4 . 
• Arnold, Jerry (1980). Manual del fabricante de matrices . Nueva York, Ciudad de Nueva York : Industrial Press Inc. ISBN 0-8311-3132-2 .