Defectos producidos en la pieza por el corte de la chapa: Las piezas cortadas mediante punzón y matriz presentan una serie de defectos de forma en su geometría: 1. Rebabas en las aristas de corte de la pieza. 2. Alomado de las aristas. 3. Irregularidad de la pared de corte de la pieza. 4. Alabeo o falta de planitud en la pieza.
Rebabas en las aristas de corte: La rebaba es un pequeño filo recrecido de material que sobresale en sentido transversal al plano de la chapa cortada. Suelen darse por el rozamiento que se genera entre el material, el punzón y la matriz en el corte. También se dan por existir aristas romas o poco definidas de los elementos cortantes. El tamaño de la rebaba es directamente proporcional al espesor de la pieza, e inversamente proporcional a la dureza y la acritud del material. Así, las piezas de material blando y mayor espesor son más propensas a la aparición de rebabas después del corte. En la generación de la rebaba influyen: propiedades mecánicas del material, espesor de la chapa y la tolerancia entre punzón y matriz.
Alomado de la chapa: Es la pequeña curvatura que existe en las aristas formadas entre el plano y la pared de corte del material. Se produce siempre en la cara opuesta donde aparecen las rebabas. Es debido a la compactación del material presionado por el punzón sobre la matriz y el estiramiento posterior en el momento de rotura de las fibras. El alomado se da más fácilmente en materiales blandos o de poca acritud. También incide más en materiales con mayores espesores.
Irregularidad de la pared de corte de la pieza: Hemos comentado que el corte produce una zona rugosa debida a la rotura o desgarro de ésta, donde la pérdida de la medida nominal de la pieza se estima como media sobre el 5% del espesor de la chapa. Si el perfil de la pieza debe tener cierta responsabilidad, se aplica la técnica de corte fino. Esta técnica permite la producción de piezas con una pérdida de medida entre el 0,5% del espesor de la chapa, con valores de tolerancia de unas 15 µm, y con una rugosidad media de unas pocas micras. Comparación de la pared del espesor de dos piezas iguales obtenidas mediante corte convencional y mediante corte fino, donde puede apreciarse la rugosidad producida por el desprendimiento o desgarro del corte convencional (pieza superior), y el acabado prácticamente de rectificado (pieza inferior), producido por el corte fino.
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Alabeo o falta de planitud de la pieza: Las tensiones que se generan en el proceso de laminado de la chapa no suelen ser eliminadas en su totalidad, por lo cual sus fibras conservan aún la elasticidad del formato inicial. La compactación de las aristas de la pieza durante el proceso de corte disminuye la elasticidad en esta zona, pero no en toda la superficie de la pieza, al variar estos valores de elasticidad, se crean tensiones en la chapa capaces de alabearla.
Disposición de piezas sobre la chapa: La Matricería se dedica a la fabricación de grandes cantidades de piezas, por ello, la economía del material, y como consecuencia la reducción de desperdicios, representa un factor muy importante, que debe ser tenido muy en cuenta. En Matricería, la materia prima viene en forma de chapa metálica, cortada en planchas o preparada en bobinas de una anchura determinada. Cuando la forma de la pieza no represente grandes irregularidades, se considera un rendimiento óptimo de uso del material cuando se aprovecha entre el 75 y 80%. La elección del formato de chapa, en plancha o en bobina, y la disposición de las piezas a cortar permiten optimizar los costes de material, repercutiendo notablemente en el coste final del producto. Existen diferentes anchuras y espesores normalizados, incluso se pueden fabricar en medidas especiales, como es el caso de suministros de formato especial para el sector del automóvil. La elección de un formato u otro dependerá del tipo de pieza a fabricar y de su forma, de la cantidad de piezas a producir, de la clase de matriz a usar y del sistema de producción a adoptar. Según el tipo de pieza a fabricar, hay dos tipos de corte: a) Obtención de trozos o formatos de chapa no definitivos que sirven, en posteriores operaciones, para conseguir un producto o pieza acabada. b) Obtención de piezas acabadas mediante una matriz progresiva, donde deben tenerse en cuenta unas medias y parámetros, respetándolos escrupulosamente. Así, en el caso a), se intentará buscar una disposición lo más ajustada posible, evitando al máximo desperdiciar el material. Este proceso de optimización, conocido como “nesting” o “layout de nesting”, se desarrolla con sistemas informáticos. En el caso b) la obtención de piezas acabadas mediante una matriz progresiva, obliga a considerar la forma de la pieza a fabricar, la separación entre piezas y la separación entre el borde de la chapa y la pieza.
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Distancia óptima de separación entre piezas o entre pieza y borde del fleje: La separación entre piezas (a) o entre pieza y borde (b) debe tener un valor mínimo que garantice, por una parte, cierta rigidez de la tira de material, pues es indispensable para el buen funcionamiento de una matriz. Si la separación es muy pequeña, existe falta de rigidez y acarrea continuos paros de máquina por avances erróneos del fleje dando lugar a averías en la matriz. También hay que considerar que una separación excesiva influiría de manera negativa en los costes de material, pues su desperdicio sería mayor. La separación óptima, puede calcularse con la siguiente fórmula empírica: a = 1,5.e ; siendo e el espesor del material en mm. Teniendo en cuenta que siempre a ≥ 1mm. Se deben cumplir iguales relaciones para el valor de b. Si tomamos B como la anchura del fleje en mm y hpieza la altura de la figura de la pieza en mm: B = 2.b+ hpieza Paso o Avance: El Paso (P) es la distancia que hay entre dos puntos homólogos de dos piezas situadas de forma consecutiva sobre un fleje. De ese modo, el Paso (en mm) es la medida que avanza el fleje de material dentro de la matriz, entre dos golpes o ciclos consecutivos de la prensa. Si llamamos apieza a la anchura en mm, el paso de un fleje de material será: P = a + a pieza Según la forma geométrica de las piezas, existen varias disposiciones sobre el fleje de material:
Disposición normal.
Disposición oblicua.
Disposición doble invertida.
Disposición múltiple.
Disposición Normal: Se emplea cuando hay que cortar piezas cuya forma exterior puede inscribirse en un paralelogramo o cuando las irregularidades de la pieza desaconsejen otra disposición.
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Disposición Oblicua: Las piezas a cortar deberán tener poca anchura, o bien, que su figura encaje en la forma que le precede. También se usa cuando la figura es semejante a un triángulo rectángulo.
Disposición Doble Invertida: Cuando la figura a cortar puede inscribirse en un triángulo, de tal manera que, entre los huecos entre las piezas, puedan cortarse otras, pero invertidas. Inconveniente: en la matriz debe disponerse de doble juego de punzones.
Ventaja: se obtienen dos piezas por ciclo, reduciendo así los tiempos de producción a la mitad. Disposición múltiple: Se usan cuando las piezas sean de forma circular o bien cuando puedan inscribirse en una circunferencia, por ejemplo, piezas hexagonales. Deberemos dotar al utillaje de tantos punzones como filas de piezas vayan a cortarse simultáneamente. Los ejes o centros de las piezas de una fila estarán desplazados en una distancia igual a la mitad del paso, respecto a la fila contigua.
Punzonado: Consiste en el corte completo que se realiza en el interior de una pieza mediante punzón y matriz afilados en todo su perímetro. Similar al corte, pero interior. Cuando se hace una operación de punzonado, hay que tener en cuenta la posición inversa que adopta la rebaba y el alomado de la pieza con respecto a un proceso de corte de contorno exterior.
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Las particularidades de un proceso de punzonado se dan en la construcción de la matriz, los punzones y en su sistema de sujeción a la placa portapunzones. Hay que tener en cuenta que los recortes
pueden
quedarse atascados en el interior de la matriz, taponándola y provocando el pandeo y la rotura del punzón por su incapacidad de empujarlos hacia el agujero de desahogo. La solución a este problema pasa por mecanizar el agujero de salida de recortes con una inclinación mínima de 30´, o bien con una medida de 0,50 mm mayor que el diámetro nominal de la matriz. Un agujero de caída de mayor diámetro puede provocar atascos que desembocan en la rotura de punzones. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LAS MATRICES: COMPONENTES DE MATRICES: Placa Base o Placa Portamatriz: Tiene la misión de soportar el utillaje, apoyarlo sobre la mesa de la prensa y absorber los esfuerzos que se producen sobre la matriz durante el proceso de trabajo. Los elementos que componen la parte fija de la matriz van enclavados mediante tornillos y pasadores sobre la placa base.
En el caso que el utillaje vaya guiado mediante columnas, los alojamientos de éstas se practican sobre la placa base. Las columnas tienen como misión guiar y absorber posibles desalineaciones del útil respecto a la prensa. La placa base es de acero suave (F-111 y F-112) y no lleva tratamiento térmico. En ocasiones, para matrices de gran tamaño, se construye de fundición. Las dimensiones de la placa base deben adecuarse a las medidas de la matriz. Habitualmente, los utillajes se embridan a la prensa sobre la placa base. Los espesores de la placa oscilan entre los 20 y los 60 mm.
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Placa Matriz: Es, junto con los punzones, la parte más importante del utillaje. Está provista de una serie de agujeros cuya forma y situación sobre la placa se corresponden con la de los punzones. El plano superior de la placa es la parte activa de la matriz, por lo que siempre debe estar perfectamente rectificada y sin melladuras, pues de ello depende la fabricación de un producto en óptimas condiciones.
La placa matriz se fabrica generalmente de acero templado. A veces, también se fabrica en otros metales de dureza similar o superior, como, por ejemplo en metal duro. El espesor mínimo de la placa para que no se produzca su rotura, se puede determinar por la fórmula empírica: ematriz
=
0,6.3 F c expresando Fc en daN,
aplicando la misma fórmula que para la separación mínima con respecto al espesor de la chapa: a matriz
=
1,5 ematriz
Es aconsejable adoptar valores superiores a los calculados. En la práctica, y dependiendo del material a cortar, de su espesor, del perímetro de corte y del tamaño de la placa matriz, los espesores más usados en matrices de tamaño medio son de entre 15 y 40 mm. Valga como regla para el corte de materiales de hasta 3 mm la siguiente fórmula: ematriz
=
15e siendo e el espesor de la chapa en mm.
Como hemos comentado con anterioridad, el agujero de la placa matriz donde ajusta el punzón, es pasante y tiene cierta conicidad o ángulo de salida para que puedan caer las piezas o recortes de material sobrante. A la parte cilíndrica del agujero de la matriz se le llama “vida de la matriz”, porque es la parte útil que podrá ser reafilada hasta que desaparezca el perímetro de corte definido. La parte cónica no interviene directamente en el corte, pero de ella depende la correcta evacuación de las piezas y recortes. Para el corte de materiales de espesor y coeficiente de cizalladura medios, se recomienda un ángulo de salida de 1º. Si tenemos que cortar grandes series de piezas o materiales de elevado coeficiente de corte, conviene mecanizar la vida de la matriz con una inclinación de 30´ para facilitar la expansión del material mientras se produce el cizallado de la chapa. Para el ángulo de salida puede adoptarse 1º de inclinación. Finalmente, el corte de materiales blandos y de mayor espesor, aconseja la aplicación de entre 2º y 3º de inclinación. Como regla general, y excepto los materiales duros, cuanto mayor sea el espesor de la chapa y menor su coeficiente de corte, el ángulo de salida será mayor. Apuntes de Matricería.
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Actualmente, la electroerosión por hilo y el rectificado de perfiles solucionan la fabricación de las geometrías de corte y evacuación. Guías de banda o guías laterales: Son dos reglas de acero endurecido mediante un tratamiento de temple y revenido o nitrurado que impide el desgaste prematuro de sus paredes. Estas reglas van enclavadas paralelas entre sí y su posición se halla entre la placa matriz y el extractor-guía. A veces, las guías laterales tienen una longitud superior al bloque del utillaje. Este exceso de longitud, por la parte de entrada del fleje de material, sirve para alinear y guiar mejor la cinta de material a trabajar. Para evitar la caída de la cinta por gravedad se dispone entre las dos guías un travesaño que, además, les da rigidez. Las dimensiones de las guías de banda tendrán en cuenta el ancho del fleje que deberán guiar. Deben permitir el avance de la banda, para lo cual, la separación entre guías será siempre superior a la anchura del eje entre 0,5 y 1 mm. El espesor de las guías laterales tendrá un valor en torno a 3 veces el espesor de la chapa, y como mínimo 3 mm. En los casos en que tengamos que elevar la banda, pues tenemos transformaciones de doblado o embutido, como veremos más adelante, usamos un sistema según la figura, este sistema consiste en varios pilotos cilíndricos con muelles en su interior, que ascienden o descienden la banda cada vez que la matriz presione o no sobre ellos. Los materiales más adecuados para su construcción son: a) F- 114 (Nitrurado, Templado y Revenido. HRc.48-50) para reglas de tamaño grande. b) F- 522 (Temp. y Reven. HRc.54-56) para reglas de tamaño pequeño. Placa Extractor-Guía: Esta placa ejerce tres funciones muy importantes: a)
Guiar lo punzones. Así evitamos el pandeo de los punzones.
b) Pisar la banda. Se evitan las ondulaciones de la banda. c)
Extraer la banda de los punzones después de cortar.
En las matrices de corte con guía fija, mantiene alineados a los punzones durante el corte. En el retroceso de los punzones, que llevan la chapa adherida a su perímetro, ésta hace tope en la placa extractor-guía y la chapa se desliza por el punzón hasta su total extracción. En las matrices con pisador esta placa tiene la misión de sujetar la chapa
Placa Extractor-Guía
durante el movimiento de trabajo de los punzones. El sistema elástico montado en la parte móvil del utillaje es el encargado de que la placa pisadora presione sobre la chapa a matrizar y ceda en el momento en que la prensa ejerce una presión superior al valor de carga del mecanismo flotante. Apuntes de Matricería.
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En ambos tipos de matrices, los punzones se hallan alojados en esta placa mediante un ajuste de deslizamiento suave, sin holgura y, bajo ningún concepto, deberán salir de su alojamiento durante su carrera de trabajo. La placa extractor-guía se fabrica en acero suave en las matrices de guía fija o si el número de piezas a cortar no es muy elevado. En las matrices con pisador esta placa se fabrica de acero templado, con tratamiento térmico posterior si es para un elevado número de piezas. Para determinar el espesor de la placa extractor-guía puede adoptarse la siguiente fórmula: eextractor − guía
=
0,4.l punzones ,
siendo lpunzones la longitud de los punzones en mm. La presión de los muelles para la extracción será del 7% de la fuerza de corte. Algunos de los materiales más adecuados para el pisador son: a) F-522 Tamaños pequeños b) F-114 Tamaños medianos c) F-112 Tamaños grandes Placa Portapunzones: Es un componente de la parte móvil de la matriz que lleva alojados los punzones de tal forma que éstos se desplazan solidariamente a ella. Se construye en acero suave y no lleva tratamiento térmico puesto que no va a soportar desgaste por rozamiento o fatiga.
El espesor de la placa portapunzones será: e portapunzones
=
0,25.l punzones
Sufridera o Placa de Apoyo: Se usa como apoyo para evitar el clavado de los punzones en la placa base superior. La sufridera absorbe los sucesivos impactos que recibe de los punzones cada vez que cortan, doblan o embuten la chapa. Se construye de acero indeformable al Mn (F-522) y templado y revenido hasta una dureza de HRc 54 – 58. Posteriormente se rectifican las dos caras. Apuntes de Matricería.
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Su uso es imprescindible para matrices de medias o largas series. Normalmente se usan placas con espesores comprendidos entre los 8 y 16 mm. Hay que tener en cuenta que esta placa debe tener cierto espesor para soportar el impacto del matrizado, que provocaría su rotura, más aún teniendo en cuenta su fragilidad por ser acero templado. Base Superior: Constituye el soporte sobre el que van enclavados mediante tornillos y pasadores, formando un único bloque, todos los elementos de la parte móvil del útil: placa portapunzones y sufridera. Igual que la placa base inferior, se construye en acero suave y sin tratamiento térmico.
Sus dimensiones son iguales a la placa base inferior. i nferior. Para las matrices de mayores dimensiones su espesor va desde los 30 a los 60 mm. Punzones: También se conocen como “machos” si son de grandes dimensiones. Son los principales elementos activos de un utillaje. Su misión es cortar, o en su caso doblar o embutir, la chapa según la figura de su perfil (circular, cuadrada, rectangular o irregular). Las matrices progresivas montan punzones que cumplen diferentes trabajos dentro de la matriz. Es preciso que sus extremos de trabajo estén perfectamente acabados: afilados, sin melladuras ni cantos romos en caso de corte; o bien perfilados y pulidos en caso de embutición o doblado. Los materiales empleados para su construcción pueden ser algunos de los siguientes: a) F- 522 Temp. y Reven.HRc.58-60: Para pequeñas producciones de corte o doblado. a) F- 521 Temp. y Reven.HRc.60-62: Para pequeñas producciones en operaciones de corte. b) F- 554 Temp. y Reven.HRc.62-64: con recubrimiento de Ni T. Para medianas producciones. c) Widia HRc.75-78: Para grandes producciones en operaciones de todo tipo. Los recubrimientos de Nitruro de Titanio (NiT), están especialmente pensados para dar al punzón y matriz, durezas superficiales tan elevadas (HRc.75-78) que les permita obtener unos resultados de durabilidad similares a los obtenidos con la Widia.
Apuntes de Matricería.
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La Widia o metal duro, es otra de las soluciones a la que podemos optar, siempre que la producción de la matriz supere los 15 millones de piezas fabricadas.
Punzones de metal duro.
Punzones con distintas geometrías.
Pueden tener formas muy variadas, en función de la transformación a realizar. Deben tener alta resistencia al desgaste. Como hemos comentado anteriormente, se puede reducir considerablemente el esfuerzo de cizalladura afilando el plano de corte de manera que no forme una perpendicular a la pared del punzón. Así, durante la penetración del punzón en la chapa, el corte se realiza de forma progresiva, con lo cual la incidencia del filo del punzón en el material cortado es mucho más suave. La longitud de los punzones está condicionada por la dimensiones del utillaje y por los recorridos de la prensa. Para matrices de pequeño y mediano tamaño oscilan entre 70 y 100 mm. En el caso de punzones cilíndricos es conveniente que se cumpla: Øpunzón ≥ 1,2e. Se pueden fabricar por mecanizado convencional (torno, fresadora, etc.) y por electroerosión. Sistemas principales de sujeción de punzones: (pág. 406). Resistencia al pandeo de los punzones: punzones:
Los punzones están sometidos a esfuerzos de compresión c ompresión y de pandeo. Para calcular la fuerza de pandeo a la que están sometidos, se aplicará la siguiente fórmula: 2
Fp =
π
EI
L2
E = módulo de elasticidad. Para el acero de herramientas templado, tomamos como máximo 21500 kg/mm2. I = momento de inercia de la sección en mm4.
Apuntes de Matricería.
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La Fp es la fuerza de pandeo, o sea, la máxima que puede resistir el punzón, ésta la haremos igual a Fc. Así, la Lmáx que puede tener un punzón sin llegar a pandear es: Lmáx
=
π
2
EI l e
σ a p
lp = longitud del perímetro de corte en mm. = tensión admisible en kg/mm2.
σ a
Diámetro de los punzones: punzones:
Para punzones con sección circular: d mín
=
e.3
σ a
35
(mm)
Para punzones de sección rectangular: lado pequeño mínimo amín Ejemplo 1: Queremos
=
0,8.e.3
σ a
35
(mm)
agujerear una chapa de acero duro con 0,1% de C, (para hallar la resistencia a la cortadura del
acero, mirar en tabla 16.4 de pág. 374 y tomar el valor más alto).estamos considerando un coeficiente de seguridad de 1,25, si la chapa tiene 2 mm de espesor ¿cuál será el diámetro mínimo del punzón? Ejemplo 2: En
una chapa de aluminio de 1 mm de espesor, trabajando con un coeficiente de seguridad de 1,5; queremos
cortar agujeros de forma cuadrada, hallar el lado del cuadrado mínimo con que se puede fabricar el punzón y hallar su longitud máxima para que aguante a pandeo.
Apuntes de Matricería.
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Topes limitadores de cierre: Son prismas o cilindros de acero, enclavados mediante tornillos sobre alguna de las placas del útil, cuya misión es limitar el recorrido de la matriz durante el ciclo de trabajo. De ese modo, se evita que los elementos activos de la parte móvil del utillaje bajen más de lo debido en el momento del cierre. Los topes limitadores son elementos accesorios que resultan imprescindibles para operaciones de doblado y embutición que tienen recorrido limitado. Pilotos Centradores: Son unos punzones cuyo extremo ha sido rectificado en forma cónica. Estos pilotos situados convenientemente sobre el útil permiten, en los momentos previos al matrizado, el centraje del fleje o de la chapa según la posición deseada. Los pilotos centradores son de mayor longitud que los punzones de corte y suelen ser de uso generalizado en las matrices progresivas para marcar el paso o avance del fleje. El centrador debe ser efectivo antes de que el pisador sujete la chapa o los punzones actúen sobre ella. El alimentador que avanza la banda lo hace de forma uniforme y regular, pero puede producirse algún error y no realizar el avance correcto, esto problema se corrige montando pilotos centradores. La situación de estos pilotos es justamente en el paso siguiente al del corte del agujero previo. (Ver figura izquierda). Pueden fabricarse con aceros suaves con o sin tratamiento, según convenga a la dureza de la chapa. Las características de construcción más importantes en los punzones centradores, deben estar basadas en los siguientes puntos: 1. Las medidas exteriores del piloto centrador han de ser entre 0.05 y 0.1mm más pequeñas que las de su alojamiento en la chapa. 2. La altura válida de centraje que sobresalga del pisador ha de ser mínimo 2 veces el espesor de la chapa (sin contar la parte cónica). 3. La punta de entrada deberá tener un cono de entre 15º y 30º que facilite su entrada en la chapa. 4. En todos los casos, el centrador deberá ser efectivo antes de que el pisador sujete la chapa o los punzones actúen sobre ella.
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Detectores de avance: En las matrices progresivas que trabajan a altas velocidades, es conveniente prever la instalación de algún sistema de detección de fallos, que permita el paro de la prensa siempre que se produzcan errores en el paso, en la salida de piezas, en la evacuación de retales, etc. Este sistema, permite que ante una situación de gravedad como las enumeradas, la prensa y la matriz queden bloqueadas evitando así que se produzcan roturas de gravedad en los punzones, centradores, etc, con el consiguiente coste de mantenimiento y paros de máquina. Columnillas elevadoras de banda: Son piezas de revolución que se usan a modo de guías del fleje sobre los utillajes progresivos, sustituyendo las guías de banda (vistas anteriormente) como sistema de guiado de la chapa. En las matrices que realizan doblados o embuticiones, siempre es necesario montar elevadores de banda con el fin de que las partes dobladas o embutidas puedan salir de sus respectivos alojamientos y desplazarse a lo largo de la matriz. Se montan sobre resortes helicoidales formando un sistema elástico, paralelamente en ambos lados de la placa matriz y en toda la longitud del útil. El fleje pasará guiado entre las gargantas de la columnillas. La altura de las gargantas deberá ser algo superior al espesor de la chapa a procesar. Cuando la parte móvil del utillaje inicia su descenso, la placa pisadora actúa sobre los extremos de las columnas y sobre la banda de material, obligándolas a bajar hasta quedar escondidas en los agujeros de la matriz practicados al efecto. Cuando la parte móvil retrocede hasta el punto muerto superior, las columnillas elevan el fleje del material por la acción de los muelles que hay bajo ellas. Se usan en matrices, donde el fleje de material tenga que sufrir alguna operación de doblado o de embutición, no pudiendo discurrir la banda de material, una vez deformada, con normalidad sobre la superficie de trabajo. Sistemas de guiado: Las partes superior e inferior de una matriz necesitan ser guiadas para garantizar una total concentricidad entre ambas. Esta labor la ejercen varias columnas de guiado que van montadas en una de las partes. Apuntes de Matricería.
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En la figura de la izquierda tenemos un sistema de guiado de jaula de bolas y su casquillo correspondiente. Este sistema se usa preferentemente en matrices de pequeño tamaño y que trabajan a altas velocidades, además las fuerzas deben de estar compensadas, pues si surgen esfuerzos laterales harán perder las bolas en poco tiempo. En la figura de la derecha podemos observar las dos posiciones de trabajo de la matriz: abierta y cerrada. La ventaja mayor de este sistema con respecto al más antiguo de columna y casquillo por fricción consiste en una gran
reducción de holgura de ajuste entre los tres elementos que lo componen. También tenemos otras ventajas: movimiento del sistema muy ligero, desgaste por rozamiento muy bajo, necesidad de poca lubricación y mantenimiento. La medida del diámetro de la columna y del interior del casquillo han de ser consideradas de tal manera que entre ambas se aloje el diámetro de la bola menos un cierto apriete (Z) que nos dará lugar a una ligera tensión previa. Existen diversas maneras de colocar los sistemas de guiado: A: Situación de columnas en la parte posterior. Tiene la ventaja de que el operario tiene libre el acceso al posicionamiento o extracción de las piezas. B: Columnas en la parte central. Ofrece un buen centraje de toda la matriz. C y D: Situación de columnas en diagonal. Su ventaja es ofrecer un buen centraje. E: Cuatro columnas situadas en las esquinas. Ofrece el mejor centraje posible. Está indicada para todas las formas de trabajo. Apuntes de Matricería.
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Los materiales usados son: Columnas y casquillos: Acero 155 cementado, templado y revenido a una dureza HRc 60 – 62. Casquillos guía: Bronce fosforoso con o sin lubricación de tipo grafitado. Jaulas de bolas: Acero, aluminio o bronce. Mango o vástago de fijación: Elemento situado en la base superior, sirve para unir la matriz con el cabezal de la prensa. Posición del mango en la matriz de corte:
Tiene que colocarse en el punto donde actúa la resultante de todas las fuerzas, de forma que el centro de empuje coincida con el punto de aplicación de dicha resultante. Así evitamos esfuerzos innecesarios y posibles deformaciones. Punzón único: Se
determina el centro de gravedad del perímetro (no de la superficie) de la figura cortada. Se sitúa el
mango en la vertical que pasa por el c.d.g. Varios punzones: Se calcula el c.d.g. de los respectivos perímetros con respecto a dos ejes X e Y.
Cortes periféricos: Son cortes hechos alrededor de las zonas de embutición de una pieza, con el fin de que el material pueda fluir sin problemas para ser embutido, sin quedar frenado por el resto de material que está unido a la tira de chapa. En las matrices progresivas, las piezas que deben someterse a embuticiones de pequeña o mediana profundidad, deben permanecer unidas al resto de la tira hasta que ésta es cortada en la última estación de la matriz. El corte periférico es realizado en el contorno exterior de la pieza dejando un pequeño excedente de 3 a 5 veces su espesor entre la figura de la pieza acabada y el corte realizado. Todo ello tiene por objeto, permitir la embutición de la pieza sin que ésta se vea afectada por la embutición que ocasionaría una reducción en la anchura de la tira y una pérdida en el paso de la misma. Consiste en realizar dos cortes concéntricos alrededor de la zona de embutición y separados entre sí de 2 a 4 mm. De esta manera al ser embutida la pieza, ésta recogerá material de su contorno sin que se reduzca la anchura de la banda, ni afecte al paso de la matriz. Cálculo de Muelles: Los muelles se usan para el accionamiento de expulsores, extractores elásticos, etc. Vamos a estudiar solamente los muelles cilíndricos helicoidales. P1 = Fuerza máxima que actúa sobre el muelle. P2 = Fuerza de montaje. R = radio medio del muelle. Apuntes de Matricería.
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n = número de espiras elásticas. d = diámetro del alambre o lado del cuadrado. f 1 = flecha máxima de trabajo. f 2 = flecha de montaje. G = módulo de elasticidad tangencial. Cuando los muelles trabajan a Compresión, tenemos: Radio medio: R
=
D
2
≈
D ≈ 3,5 a 5 d
P1 ;
Diámetro del alambre: d = k 3 P1 R , Flecha bajo una carga P: f =
obtenemos k de la tabla.
8nD3 P 4
Gd
Número de espiras elásticas necesarias: nec esarias: Un muelle que bajo cargas P1 (máxima) y P2 (montaje) le corresponden flechas
f1 y f2 respectivamente, requiere un número de espiras elásticas: n=
Gd 4 ( f 1 − f 2 )
8 D 3 (P1 − P2 )
para los útiles cortadores hacemos: f1 – f2 = e + 0,5 (e = espesor de chapa) P1 – P2 = 0,2 P1 Juego mínimo entre espiras: espiras:
j = 0,1d ≥ 0,2
mm
Longitud del resorte con espiras espiras juntas:
L = (n+1)d El resorte tiene a cada lado ¾ de espira plana para lograr un buen asiento, pero a efectos de cálculo de su longitud, sólo cuenta ½ de espesor de alambre a cada lado. Longitud del resorte con espiras espiras bajo carga máxima (P1): (P1):
L1 = (n+1)d+jn Longitud del muelle bajo la carga de de montaje (P2):
L2 = L1+(f1-f2) Longitud del muelle libre:
Lo = (n+1)d+jn+f1 = L1+f1 Paso del muelle:
p =
L0
−
(d + 1) n
Longitud del alambre (desarrollo): (desarrollo):
Ld = πD(n+1,5) Ejemplo: En
una matriz vamos a cortar chapa de acero de 2 mm de espesor. La Fuerza de corte necesaria será Fc = 5000
kg. Si la Fext = 7% Fc, y queremos que la extracción se haga con un solo muelle, hallar todos sus parámetros. Tomaremos como número de espiras el entero inmediatamente superior al calculado. Apuntes de Matricería.
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Sistemas Automáticos de Alimentación: Son los dispositivos fijos o móviles, que mediante un sistema mecánico o de otro tipo, tienen como finalidad sustituir la manipulación directa de la chapa por parte del operario y hacerlo por medio de un dispositivo totalmente automático. Estos dispositivos tienen la capacidad de desplazar la tira de chapa a la velocidad y avance que demande la transformación que se lleva a cabo en la matriz. Además del alimentador de chapa que facilite el avance de la tira, deben disponer de otros dispositivos que faciliten el desenrollado y aplanado con el fin de obtener un buen rendimiento en todo el sistema de producción. Dichos dispositivos (devanadora y aplanadora), tienen por objeto, desenrollar y aplanar la tira de material, antes de que ésta sea introducida en la matriz. El ciclo de trabajo de los tres dispositivos dependerá de la capacidad de la prensa y de la dificultad de la transformación que se realice en la matriz. Así, los sistemas automáticos de alimentación comprenden tres dispositivos:
Desenrollador
Enderezador
Alimentador de chapa.
Los tres dispositivos de alimentación mencionados pueden considerarse como unidades independientes entre sí, de manera que las podamos situar en lugares y distancias distintas con relación a la prensa, siempre que las necesidades de cada producción lo requieran. Sin embargo, todos ellos deberán estar sincronizados con el movimiento y la velocidad que marque la prensa. Alimentadores de chapa:
Los alimentadores de chapa más usados en la actualidad son los de rodillos. Se utilizan para todo tipo de prensas y de trabajos de Matricería. Son capaces de transmitir al alimentador todos los datos necesarios para el avance de la chapa de forma totalmente automática. Estos alimentadores están comandados por varias levas situadas en el eje de la prensa y que transmiten las tres órdenes que deben realizar:
Accionamiento y avance: La señal de avance de chapa dependerá del paso de la matriz y se regulará de acuerdo a las necesidades.
Desbloqueo del cilindro que arrastra la chapa: Debe liberarla durante el mínimo tiempo posible, permitiendo que sea centrada por los pilotos de la matriz, en caso de error de avance.
La orden de paro de máquina, se producirá de forma automática siempre que el material se haya acabado o el error en el avance haya sido superior al programado.
El alimentador puede trabajar de dos modos: empuje o tracción, así los rodillos empujan o arrastran la chapa según la fabricación. Normalmente se trabaja en modo de empuje, y el alimentador va montado en la entrada de la matriz. No obstante, cuando se trabajan con espesores de chapa muy delgados que pueden doblarse, es aconsejable colocarlo en la salida de la matriz para que tire del material.
Apuntes de Matricería.
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En general, los alimentadores de rodillos están dentro de los siguientes tipos:
ALIMENTADORES ALIMENTADORES Ancho de material Espesor de chapa
Fuerza de empuje o tracción
Serie pequeña
De 5 a 250 mm
Máx. 2,5 mm
70 kg
Serie mediana
De 10 a 550 mm
Máx 5,0 mm
150 kg
Serie grande
De 100 a 1010 mm
Máx. 8,0 mm
250 kg
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PARA ALIMENTADORES DE RODILLOS:
Avance regulable: Desde 0.1÷1005 mm.
Sección de avance: Hasta 900 mm2.
Precisión de avance: ±0.012 mm.
Aceleración: 25m/ s
Fuerza de tracción: Hasta 250 Kp.
Velocidad de alimentación: Hasta 120 m/min.
El funcionamiento del alimentador está totalmente comandado por una válvula electroneumática situada en la prensa y su ciclo de trabajo es el siguiente: La señal de avance ordena el aprisionamiento de la banda por medio de los rodillos, que giran arrastrándola la distancia de paso. Luego los rodillos liberan la chapa mientras es matrizada. El aprisionamiento de la banda por los rodillos se produce gracias a cilindros que garantizan la fuerza necesaria para impedir la pérdida de paso. Posteriormente, los rodillos repetirán la operación siguiendo los movimientos de la prensa dando lugar a un proceso continuo y automatizado. Devanadoras y aplanadoras aplanadoras de chapa:
Los sistemas de Matricería actuales disponen de dispositivos donde la mano de obra directa del operario queda sustituida por elementos mecánicos o de otro tipo, que permiten alcanzar producciones muy elevadas en un tiempo más reducido. La devanadora y aplanadora, deben ubicarse a una distancia tal de la prensa, que deben permitir el desenrollado y aplanado de la tira, sin que se vea afectada por deformaciones que dificulten la entrada en la matriz.
Apuntes de Matricería.
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Según el tamaño de la serie de producción tenemos:
DEVANADORAS
Y Ancho de material
Espesor de chapa
Peso de bobina
APLANADORAS Serie pequeña
De 0,1 a 250 mm
Máx. 2 mm
500 kg
Serie mediana
De 100 a 750 mm
Máx. 5 mm
5000 kg
Serie grande
De 150 a 1500 mm
Máx. 10 mm
10000 kg
Devanadora y aplanadora de tipo mediano:
Devanadora y aplanadora de tipo grande:
El funcionamiento de la devanadora y aplanadora es el siguiente: Con la ayuda de una grúa o similar, se introduce la bobina de chapa en el soporte de la devanadora y se sujeta por medio de brazos tensores. Una vez preparada, la chapa pasa a través de los rodillos de la aplanadora y mediante una regulación de éstos, el material queda aplanado y a punto de ser introducido en el alimentador. La tracción y guía de la cinta se hace mediante rodillos horizontales y verticales dispuestos en la entrada y salida respectivamente del aplanador La velocidad de trabajo puede ser regulada dependiendo de la velocidad de la prensa.
Apuntes de Matricería.
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