Diseño y elaboración de un troquel de corte
Andrés Sebastián Bernal, Santiago Medina 1104
Bogotá D.C Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas
Mecánica Industrial 2017
Diseño y elaboración de un troquel de corte
Andrés Sebastián Bernal, Santiago Medina 1104
Bogotá D.C Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas
Mecánica Industrial 2017
Diseño y elaboración de un troquel de corte
Andrés Sebastián Bernal, Santiago Medina 1104
Monografía de grado presentada por requisito para obtener el título de bachiller técnico industrial en la especialidad de Mecánica Industrial DIRECTOR LIC. Jesús Rincón
Bogotá D.C Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas Mecánica Industrial 2017
Aceptación Este proyecto fue inscrito, matriculado y ejecutado con el visto bueno del comité de proyectos de grado del Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas en la especialidad de mecánica industrial. Se han cumplido los requisitos mínimos de metodología y de accesoria al proyecto titulado troquel de corte por parte del profesor titular, asesor y del director asignado del proyecto.
Dedicatoria El proyecto de grado titulado Diseño y elaboración de un troquel de corte está dedicado a nuestros padres y docentes, que nos han orientado y formado en nuestro crecimiento como personas, en el desarrollo académico y técnico de la especialidad y han hecho posible el desarrollo del proyecto.
Agradecimientos Este proyecto de grado titulado Diseño y elaboración de un troquel de corte ha sido posible realizarlo, ejecutarlo, gracias a todos nuestros profesores que formaron parte de nuestra formación académica aportando sus conocimientos con sabiduría hacia nosotros, que forman parte del cuerpo de docentes del INSTITUTO TÉCNICO INDUSTRIAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS y a la especialidad de mecánica industrial, este proyecto va dedicado a: A nuestros padres que gracias a su apoyo afectivo e incondicional lograron orientarnos y formarnos como personas dignas, honestas y responsables. Al docente: Lic. Jesús Rincón, por transmitir sus conocimientos y experiencias en el taller de mecánica industrial. Y por guiarnos de la mejor manera para la realización del proyecto. Y todos aquellos que de una u otra forma colaboraron con este proyecto y que gracias a ello se finalizó el proyecto con éxito. A nuestras familias por el apoyo incondicional para la elaboración del troquel. A nuestros amigos que gracias a su ayuda con el proyecto pudimos sacarlo adelante. A las demás personas que nos han brindado todo su apoyo y su tiempo, por enseñarnos a ser unas personas de bien.
Tabla de contenido • Introducción • Objetivos
•
•
Objetivos generales
•
Objetivos específicos
Formulación y solución del problema
• Justificación • Metodología •
Teórica
•
Practica
• Antecedentes
•
•
Históricos
•
Investigativos
Cronograma de actividades •
Metodología
•
Cronograma del proyecto
• Beneficiarios •
Directos
•
Indirectos
•
Cobertura
• Diagnostico •
Matriz dofa
• Recursos •
Humanos
•
Físicos
•
•
Técnicos y tecnológicos
•
Financieros
•
Listado de materiales
•
Presupuesto
Marco teórico •
Troquel
•
Usos del troquel
•
Partes del troquel
•
Tipos de troqueles
•
¿Qué es troquelacion?
• Planos •
Criterios del diseño
•
Cálculos de diseño
• Conclusiones • Bibliografía
Introducción Basándonos en el mundo actual y el desarrollo técnico y tecnológico de los troqueles es importante reconocer el avance que estos ha tenido en la industria, en el diseño de las maquinas especializadas que sirven para sostener la herramienta en la última década. Desde la revolución industrial estas fuentes han ido cambiando, antes de 1960 eran las economías de escala. Después cambiaron a fabricas flexibles con gran variedad de productos. Durante la década de los ochenta, la calidad era la ventaja competitiva. Ahora la reducción de tiempos es la estrategia que las empresas siguen. En la actualidad, todas estas fuentes se han vuelto requisitos y es necesario encontrar nuevas formas para ser más eficientes que la competencia, hoy en día las ventajas anteriormente mencionadas se encuentran implementadas, en diferentes proporciones. Pensando en esto vamos a diseñar un troquel que sea económico, con las características de funcionalidad exigidas.
Objetivos Objetivo general: Diseñar y construir un troquel de dos columnas de matriz simple económico, con las características de funcionalidad exigidas, mostrando una visión general de los pasos a seguir en la elaboración del troquel, aplicando el modelado solido de todos los componentes del mismo, ¿Cuándo? y ¿Por qué? escoger este método de fabricación, la elección de sus componentes, su diseño y los cálculos para asegurar su correcto funcionamiento como proyecto de grado.
Objetivos específicos: •
Aplicar los conocimientos adquiridos durante los años en el taller de mecánica industrial en el INSTITUTO TECNICO INDUSTRIAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS.
•
Reconocer la importancia que tiene el troquel en la industria colombiana.
•
Determinar qué tipos de materiales tienen las propiedades para poder realizar el troquel de dos columnas posteriores con matriz simple.
•
Elaborar un troquel que cumpla con el diseño, el funcionamiento, y que a la vez sea el más económico del mercado
Formulación del problema ¿Cómo construir un troquel de corte que nos permita aplicar procesos que se realizan en el taller? En la industria colombiana de mecánica industrial hay demanda de troqueles de diferentes estilos, pero todos tienen la misma función, existen tr oqueles de distintos materiales, distinta resistencia y a precios elevados, por tal razón nos vemos en la necesidad de construir un troquel en acero SAE1045 con el fin de reducir los costos para que así lleguen al consumidor muchos más económicos.
Justificación Al hablar de los troqueles y su gran composición no solo se tiene en cuenta las figuras que estos diseñan en el material deseado, sino también en que tipo material están hechos, para que sean resistentes y económicos, además de eso cumplan con las exigencias a nivel industrial. Por tal motivo hemos diseñado ciertos tipos de cálculos para la elaboración del troquel económico elaborado en acero y esto nos sirve para que cumpla su respectiva función Al realizar este proyecto se verán beneficiados los estudiantes de los niveles inferiores del INSTITUTO TECNICO INDUSTRIAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS.
Metodología Teórica: Fecha
Especificaciones
Observaciones
01-03-2017
Identificación de la necesidad
Fase inicial del proyecto, expresa la forma a desarrollar
15-03-2017
Etapa de definición (Definir el problema)
Enunciar los datos conocidos, especificaciones de la pieza a producir, efectuar la hipótesis adecuada, establecer relaciones causa efecto y sintetizar
16-03-2017
Experiencias personales. Consulta con personas de experiencia en troqueles.
16-03-2017
Investigación en internet
Consulta de libros de diseño general de troqueles.
26-05-2017
Etapa preliminar
Síntesis, decisiones preliminares, diseñar bosquejos de la solución y definición del proceso de fabricación.
27-05-2017
Se analiza y se ordena toda la información recolectada.
01-06-2017
Etapa de cálculo detallada
Fuerza de corte, centro de presión y fuerza extracción Diseño de componentes Análisis y optimización
27-07-2017
Etapa de documentación.
Resultados, presentación y difusión planos de componentes y lista de materiales
29-07-2017
Etapa de evaluación
Revisar del ensamblaje, funcionamiento y evaluar las interferencias del modelo
02-08-2017
Con base en la experiencia del tutor se desarrollara la técnica de diseño de troquel de matriz simple.
04-08-2017
El objetivo es desarrollar una técnica de tal forma que sirva para los estudiantes futuros de la especialidad
Practica: Fecha
Especificaciones
11-03-2017
Este día empezamos con el trabajo escrito con portada, contraportada
26-06-2017
Ya con el proyecto aceptado por nuestro licenciado Jesús Rincón realizamos la página de aceptación, dedicatoria, agradecimientos, objetivos, planeación y solución a problemas y justificación.
21-08-2017
Implementamos los antecedentes de los troqueles, beneficiario y marco teórico.
18-09-2017
Fabricación de la herramienta de corte
20-09-2017
Terminación de la herramienta de corte
22-09-2017
La metodología a realizar para el troquel
16-10-2017
Ya con la herramienta de corte terminada se procede a la corte de las placas
20-10-2017
Después del corte de las placas se refrenta las caras de la placa para que queden a la medida requerida.
Observaciones
06-08-2017
Ya con las placas hechas se hace el punzón y las subsecciones del punzón, porta-punzón, etc. Con las placas de la matriz hechas el punzón las placas sufrideras, porta-punzones y el resto de partes del troquel, se hace el ensamblaje para así tener el trabajo final.
Antecedentes Históricos:
La evolución del hombre y en particular de su tecnología se ha basado en la utilización de herramientas, estas eran como la prolongación de las manos humanas El troquel nace hace aproximadamente 150 años y desde allí ha evolucionado desde entonces como una herramienta útil para la producción masiva de objetos. El proceso de troquelado aparece en la Revolución industrial. A mediados de 1800, comenzó a dejar huella en la manera en que los productos se han fabricado. Investigativos:
Los elementos de transformación en un troquel, son llamados punzón (macho) y matriz (hembra), ambos deben tener un tratamiento previo de endurecimiento (llamado templado) que debe superar la dureza de los materiales a procesar.
La parte superior de la herramienta (parte superior de la porta-troquel) se sujeta firmemente al ariete o carnero de la prensa mientras que la parte inferior (porta matrices)
se fija a la mesa de la máquina, el centra miento entre ambos (incluida la holgura) se mantiene gracias a los postes fijos en la porta-troquel y los bujes embalados que se deslizan en las tazas, aunque hay troqueles que solamente tienen postes y tazas con ajuste deslizante entre ellos y algunos otros (esto ya es poco común) que no cuentan con postes y para centrar se emplea un método un poco rudimentario que se describe en “procedimiento de montaje de troqueles”.
Los procesos de troquelado son continuos, repetitivos y desarrollan a una velocidad de hasta cientos de golpes por minuto, siendo muy útil para la fabricación de productos en serie y a un costo considerablemente bajo, respecto a otros medios de manufactura. Para realizar la operación de corte, se requiere una herramienta, la cual consta de punzón y matriz.
Cronograma de actividades Metodología:
Fabricación de la herramienta de corte.
Ya con la pieza ranurada se le agregan 4 buriles de media pulgada de tugsteno de placa hacia la derecha para el corte de las piezas a realizar.
Cortar y taladrar los buriles por la mitad para poder insertarlos en la herramienta
La herramienta finalizada ya lista para el planear las placas
Hecho el montaje de las placas se procede a planearlas para la medida correcta.
Aquí se puede ver como se planean las placas en CNC
Aquí también se planean las placas para la matriz, pero con la herramienta de corte realizada por nosotros; este montaje está realizado en una fresadora
Planeando la última de las placas para la matriz.
Corte de las columnas para el soporte del troquel.
Para que las columnas queden a una medida exacta se refrentan las caras
Se procede a hacer el buje el cual se refrenta y se le hacen los agujeros para las columnas.
Beneficiarios Directos: •
Los estudiantes de la especialidad de Mecánica Industrial del Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas, para su desarrollo en el taller.
•
La especialidad o el taller de Mecánica Industrial del Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas ya que proporciona una mejor formación para el taller.
•
Los docentes de Mecánica Industrial ya que su forma de enseñar se mejora y tendrá más formas de incentivar a los niños con este proyecto.
Indirectos: •
Escuelas de formación técnica intermedia industrial.
•
Las facultades de ingeniería de universidades colombianas.
•
El departamento de capacitaciones a nivel nacional de empresas e industrias de la metal-mecánica.
Cobertura:
La cobertura está dada para los colegios técnicos e instituciones de carácter técnico industrial que forman estudiantes bachilleres en la especialidad de mecánica industrial.
Diagnostico Para la elaboración y ejecución de los diferentes proyectos en la especialidad de mecánica industrial, los estudiantes, tutores, profesores y directores de proyecto deben manejar los diferentes materiales, con sus respectivas características como lo son la calidad, la dureza, la corrosión, la fatiga, etc; para facilitar el proceso de enseñanza y aprendizaje, adquiriendo así diferentes habilidades y destrezas en la práctica de taller. En cumplimiento del procedimiento del INSTITUTO TECNICO INDUSTRIAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS para la elaboración del Proyecto de Grado nos permitimos presentar para los fines pertinentes este proyecto que lleva por título: Diseño y elaboración de un troquel de corte para su análisis, evaluación y aprobación ante el comité de proyectos del Instituto.
Matriz dofa Debilidades
Fortalezas
Las debilidades que se encontraron al Las fortalezas que se encontraron al realizar este proyecto fueron: realizar este proyecto fueron:
Falta de compromiso por parte de los estudiantes a la hora de elaborar el proyecto Falta experiencia por parte de los estudiantes No se tenían claros los conocimientos previos a la hora de tomar medidas para realizar los planos Se tenía la idea clara pero no como dar inicio al proyecto
Oportunidades
Conocimientos adquiridos en el taller de mecánica industrial Apoyo del tutor Jesús Rincón Herramientas prestadas por la institución técnico industrial francisco José de caldas. Adquisición y buen manejo del software Solid edge al realizar los planos
Amenaza
Las oportunidades que se encontraron Las Amenazas que se encontraron al al realizar este proyecto fueron: realizar este proyecto fueron:
Posibilidad de asistir a la sala de Capcam Apoyo de los profesores y tutores especializados en el campo Apoyo de las familias día a día al realizar el proyecto Apoyo de la institución por poner a disposición las herramientas, maquinas, profesores, talleres, la infraestructura, etc. para la elaboración de este proyecto
Troquel deformado por la mala toma de cálculos Posibles causas de error por la imprecisión de herramientas utilizadas Selección del material inapropiado para las características exigidas anteriormente
Recursos Humanos:
La gente que trabajo en este proyecto fue: •
Jesús Rincón (Ayuda de los cálculos y tutor)
•
Andrés Bernal (Líder del proyecto)
•
Ronald Rodríguez (Diseñador del troquel)
•
Santiago Medina (Líder del proyecto)
Físicos:
Taller de mecánica industrial • Fresadora • Taladro • Prensas • Tornos. •
Herramientas como fueron: Martillos, llaves, brocas, machos, etc.
Técnicos y tecnológicos:
El software con lo que realizamos en el proyecto. •
Solid edge.
Las computadoras, y las maquinas del taller de mecánica industrial. Financieros:
Buriles de corte hacia la derecha (material tugsteno): 24.000$ Listado de materiales: •
Placa porta-punzones: Hierro
•
Sufridera: Hierro
•
Columnas: Acero Sae 1020
•
Punzón: Acero Sae 2510
•
Matriz: Acero Sae 2510
Presupuesto: $HORA
No. HORAS
TOTAL
FINANCIADORA
Talento Humano Investigador Orientador
$ 10.000 $ 11.000
192
$
1.920.000
240
$
2.640.000
$
4.560.000
250
$
250.000
50
$
25.000
100
$
100.000
42
$
21.000
$
396.000
Total Talento Humano Gastos, Maquinaria y Equipo Computadora Torno Fresadora Taladro
$ 1.000 $ 500 $ 1.000 $ 500
Total Maquinaria y Equipo
Proponente I.T.I Francisco José de Caldas
Proponente I.T.I Francisco José de Caldas I.T.I Francisco José de Caldas I.T.I Francisco José de Caldas
Fungibles Internet
$ 500
250
$
125.000
Proponente
Libros
700
50
$
35.000
Proponente
Papeles
4900
1
$
4.900
Proponente
Impresora
4900
1
$
4.900
Proponente
Empastado Brocas
4900 6800
1 1
$ $
4.900 6.800
Proponente Proponente
Tornillos
500
50
$
25.000
Proponente
163255
1
$
163.255
Proponente
$
369.755
$
32.000
$
32.000
TOTAL ANTES DE IMPREVISTOS
$
5.357.755
Imprevistos 8%
$
428.620
COSTO TOTAL DEL PROYECTO
$
5.786.375
Placas SAE 1045 Total Fungibles Otros gastos Transporte publico Total otros gastos
1000
32
Proponente
Proponente
FUENTE Proponente I.T.I Francisco Jose de Caldas Costo Total Proyecto
COSTO A CARGO $ 3.000.375 $ 2.786.000 $ 5.786.375
Valor (%) 51,9 48,1 100,0
Marco teórico Troquel: Un troquel es una herramienta que sirve para la fabricación de grandes
cantidades de piezas, de forma rápida y precisa. Se coloca el troquel en una máquina de troquelar (troqueladora) y obtenemos la figura o forma deseada por medio de la presión ejercida por las cuchillas sobre el material a troquelar. Es una herramienta que tiene
mucho de que hablar en el sentido de que tiene bastantes aplicaciones y variedad de trabajos que puede hacer, a lo largo de la historia se ha observado que el troquel ha sido parte de más de una de las cosas que hoy en día lo usamos a diario que hay veces que ni nos preguntamos de donde viene, por ejemplo, la moneda. Usos del troquel:
Se le denomina así ya que es un instrumento de bordes cortantes para recortar o estampar por presión en ciertos tipos de materiales. Es una herramienta que permite realizar operaciones diversas tales como: • Cizallado •
Corte de sobrante
• Doblado • Picado • Perforado • Estampado • Embutido • Marcado • Rasurado
La acción ejercida entre un punzón y una matriz actúa como una fuerza de cizallamiento en el material a procesar una vez que el punzón ha penetrado éste, sufriendo esfuerzos que rápidamente rebasan su límite elástico produciendo la ruptura o desgarramiento en ambas caras en el mismo lapso de tiempo, al penetrar más y más el punzón se produce la separación del material completando el proceso. Se le llama claro de corte a la diferencia dimensional entre punzón y matriz, en donde el punzón es ligeramente más pequeño que la matriz. El correcto cálculo del claro de corte en el diseño permite obtener un corte limpio, libre de rebabas y filos cortantes. Este claro de corte depende del tipo de material y el espesor del
mismo; cuando el claro de corte es adecuado se puede observar que el desgarramiento ocurre en el último tercio del espesor del material mientras que el resto se mantiene relativamente brillante. Partes de un troquel:
El troquel consta de varias partes o elementos entre ellos podemos listar: • Porta-troquel • Punzón • Piloto • Porta-punzones • Sufridera • Planchador, expulsor y puente (mascarilla) • Botadores • Guias • Matriz • Boquillas • Postes • Tazas • Elevadores • Barras de ajuste • Placas paralelas • Bujes
Tipos de troqueles:
En general a una operación realizada en un dado se le llama troquelado. El troquel puede ser de tres tipos: simples, compuestos y progresivos. • Simples: Estos troqueles permiten realizar solamente una operación en cada golpe del ariete o carnero, son de baja productividad y normalmente
•
es necesario el uso de otros troqueles para poder concluir una pieza y considerarla terminada. Compuestos: Estas herramientas permiten aprovechar la fuerza ejercida por el ariete realizando dos o más operaciones en cada golpe y agilizando así el proceso.
•
Progresivos: Estos troqueles constan de diferentes etapas o pasos, cada
uno de ellos modifica el material en una determinada secuencia establecida por el diseñador (secuencia de corte), de tal manera que al final se obtiene una pieza o piezas terminadas. Troquel simple
Troquel progresivo:
¿A qué se le denomina troquelacion?
Se le denomina troquelacion a la operación mecánica que utiliza para realizar agujeros en diferentes tipos de material. Para realizar esta tarea, se utilizan desde
simples mecanismos de accionamiento manual hasta sofisticadas prensas mecánicas de gran potencia. Corte y punzonado
Es importante diferenciar entre el corte y el punzonado, ya que puede llegar a confundir lo que significa cada una de estas palabras. El punzonado es aquella operación en la cual se genera un orificio de forma determinada en la lámina, mientras que el corte es la operación que separa la pieza de la lámina. Se entiende que con el punzonado se realizan las formas interiores de la pieza, mientras que el perímetro o formas exteriores se realizan con el corte.
Planos Punzón:
Guía del punzón:
Anillo:
Buje:
Columnas:
Base:
Matriz:
Vástago
:
Sufridera:
Contraplaca:
Troquel:
Troquel:
Criterios de diseño Para esta sección se tiene en cuenta el proceso y los elementos que componen al troquel, desde el material en bruto hasta la obtención de la pieza final. PARÁMETROS DE CORTE En las condiciones de corte se determinó la remoción de material donde se tiene en cuenta la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte. Estas condiciones y el material son los elementos necesarios para realizar la operación. En las condiciones de corte se debe tener en cuenta los siguientes pasos: 1. Tener en cuenta la profundidad del corte. 2. Seleccionar el avance. 3. Velocidad del corte MATRIZ Se realizó el diseño con ayuda del profesor Jesús Rincón iniciando con los planos y el cronograma de actividades. A partir del diseño del punzón se dio inicio a realizar la matriz con las dimensiones aproximadas, para obtener las dimensiones del diseño se usó un láser para el corte, y así tener mayor precisión en las medidas. PUNZÓN Para manufacturar el punzón se utilizó una barra rectangular de acero SAE 1045. A partir de este material, se diseñó el punzón utilizando corte en fresadora CNC para lograr el diseño correcto. PORTA TROQUEL INFERIOR Primero se tuvo que planear la placa en la fresadora, utilizando la herramienta de corte antes elaborada en el taller que consiste en 4 buriles de tugsteno., luego de tener la placa con las medidas del diseño, se procede a taladrar la placa portatroquel y así lograr su agarre. PORTA TROQUEL SUPERIOR Este es uno de los puntos más críticos, ya que de este proceso depende la alineación adecuada entre punzón y matriz. Se taladra y se atornilla la matriz a la porta-troquel inferior, se introduce el punzón en la matriz, pero se colocan al mismo nivel el punzón y la matriz con la medida calculada.
Cálculos de diseño Sistema de regulación de paso: -
N1= N0-1
Tira del material A= W x D - W=Ancho de la tira - D= Distancia entre centros - A= 1/32”
Conclusiones Diseñar es un proceso que puede llevar mucho tiempo entender, no es sencillo ya que siempre va de la mano con la fabricación y la acertada selección de materiales, hay que ver como el diseño se puede realizar con los elementos disponibles y que realizar el producto no sea una tarea complicada o imposible. Se pueden consultar varias guía de diseño de troqueles donde se indica el paso a paso de los parámetros a tener en cuenta en el diseño del troquel, pero solamente se encuentra teorías básicas, La elaboración de un troqueles va más allá de lo que indica una guía, es un mundo difícil que requiere de experiencia, de algunos conocimientos que marcan la diferencia, hay muchos detalles que se van aprendiendo con el paso del tiempo y que pocas veces alguien te lo menciona, hasta que te enfrentas a ellos buscando la mejor solución posible. La realización del troquel, permitió generar el diseño adecuado de una herramienta que servirá para futuras generaciones, demostrando que es posible realizar proyectos de este tipo sin ningún impedimento, permitiendo obtener otros conocimientos. En la fabricación se debe tener en cuenta que el tiempo y el dinero requerido sea lo menor posible, aumentando la producción y disminuyendo el costo. El troquel elaborado permitió el uso de herramientas de gran ayuda, que para una industria puede marcar la diferencia, la aplicación de un software SOLID EDGE, en este caso la herramienta fabricada en taller ayudó a disminuir los tiempos de diseño, observar las posibles interferencias entre elementos ensamblados, apariencias y realizar planos de las piezas. En las pruebas se obtuvieron piezas de buena calidad, con un corte uniforme a lo largo de todo el año, lo que demuestra que todo se realizó de manera correcta, consiguiendo alineaciones adecuadas, así como dimensiones y cálculos de claro.
Con el uso del troquel se podrán implementar prácticas escolares que permitan al estudiante involucrarse con el proceso logrando una mejor formación, que ayudará a tener un mejor punto de vista de las actividades futuras, donde pueda aplicar sus conocimientos adquiridos a lo largo del taller. Este trabajo servirá como guía para todos aquellos que quieran formar parte de este amplio y complejo mundo Mecánica Industrial.
Bibliografía •
https://prezi.com/ajubbs36xdbg/troqueles/
•
https://es.wikipedia.org/wiki/Troqueles_y_troquelado_(metalmec%C3%A1ni ca)
•
https://es.wikipedia.org/wiki/Troquel_(cortante)
•
Matriceria de Paquin
•
Guía para diseño y construcción de troqueles
