DISENO Y FABRICACION DE TROQUEL.pdf

7/27/2019 DISENO Y FABRICACION DE TROQUEL.pdf

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICAY ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

DISEO Y FABRICACIN DE UNTROQUEL PROGRESIVO PARAELABORAR UNA ARANDELA PORGOLPE, NORMA DIN 125.

TESISCURRICULAR

QUE PARA OBTENER EL TITULO DEINGENIERO MECANICOPRESENTAN:

ALVARADO MARTINEZ CARLOS A.HERNNDEZ BAROCIO EDUARDO.

MONTES MANCERA ANDRS I.


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TESIS FINAL:

DISEO Y FABRICACIN DE UN TROQUEL PROGRESIVO PARA PRODUCIR 1 ARANDELA POR GOLPE E.S.I.M.E. AZCAPOTZALCO

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A MIS PADRES.

Con la mayor gratitud por los esfuerzos realizados

para que yo lograra terminar mi carrera profesional,siendo para m la mejor herencia.

A mi Madre: que es el ser ms maravilloso del

mundo. Gracias por el apoyo moral, su cario y su

comprensin que desde pequeo me ha brindado, por

guiar mi camino y estar siempre junto a m en los

momentos ms difciles.

A mi Padre: porque desde pequeo ha sido para m

un hombre grande y maravilloso y que siempre he

admirado

A Dios: por permitirme terminar mi carrera

satisfactoriamente, por darme sabidura para tomar

las decisiones correctas ante las adversidades que sevan presentando dentro de m vida. Gracias por

guiar mis pasos y mi vida conenerga.

Gracias por todo lo que me han dado.

Con amor, respeto y admiracin.

Eduardo Hernndez Barocio.


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T qu haces

Dedicatoria:

A mis padres, hermanos, esposa e hijo,

Que durante todo momento hemos salido adelante bajo

cualquier circunstancia de la vida, quiero que sepanque las cosas ms importantes las he compartido a

su lado y que en esta ocasin se refleja todo ese

cario y esfuerzo, culminado en logros y con toda

una vida por delante llena de objetivos, que

seguramente nos espera de la misma forma.

Con amor y admiracin;

Su hijo, hermano, esposo y padre.

Andrs Ivn Montes Mancera.


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INDICE.

1 GENERALIDADES DEL TROQUEL. 9

1.1 Introduccin al proceso de troquelado .. 10

1.1.1 Definicin del proceso de troquelado . 11

1.2 Partes que forman un troquel... 11

1.2.1 Matriz. 12

1.2.2 Punzn...12

1.2.3 Brida...12

1.2.4 Vstago..12

1.2.5 Porta-troquel..13

1.2.6 Placas.13

1.2.7 Pasadores guas o postes...13

1.2.8 Casquillos de gua o tasas14

1.3 Principios de aplicacin...14

1.3.1 La resistencia al corte de los materiales14

1.3.2 La holgura entre el punzn y la matriz de corte. 18

1.3.3 La holgura angular.. 22

1.3.4 Recomendaciones para el diseo en el proceso de corte 24

2 CLASIFICACIN DE LAS OPERACIONES DE CORTE

2.1 Reglas fundamentales para la clasificacin del troquelado.. 30


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2.2 Corte.. 34

2.3 Cizallado... 35

2.4 Punzonado 36

2.5 Recortado. 36

2.6 Entallado.. 37

2.7 Perforado. 37

2.8 Corte con soporte de la pieza.. 37

2.9 Corte segn plantilla.. 37

3 DISEO DEL TROQUEL PARTE ANALITICA

3.1 Diseo del troquel para arandelas.. 39

3.1.1 Troquel progresivo para la elaboracin de una arandela 39

3.2 Diseo de la tira a troquelar. 40

3.2.1 Calculo de las dimensiones de las tiras a recortar.. 41

3.2.2 Etapas para troquelar la arandela.. 45

3.3 Diseo de la matriz 49

3.4 Centro de presin.. 52

3.5 Fuerza necesaria para el corte 54

3.6 Calculo de los punzones (longitud mxima). 55

3.7 ngulo de escape en la matriz 56

3.8 Juego entre el punzn y la matriz.. 57


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3.9 Seleccin de armazn (catalogo de porta troqueles AIBE S.A.).. 60

3.10 Seleccin de la espiga de sujecin. 60

3.11 Seleccin de elementos de unin.. 60

3.12 Seleccin de la prensa. 64

4 COSTOS DEL MAQUINADO Y PIEZAS DEL TROQUEL

4.1 Cotizacin del maquinado de elementos del troquel... 66

4.2 Costos de manufactura anuales. 67

4.3 Estudio econmico de fabricacin.. 67

CONCLUSIONES.. 68

BIBLIOGRAFA... 69

ANEXOS A PLANOS DEL TROQUEL, TABLAS Y CATALOGOS 70


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OBJETIVO

Evaluar y cotizar la construccin de un troquel para manufacturar arandelasque cubran los requerimientos de la norma DIN 125. Para este propsito ydentro del diseo se contemplaron estrategias para optimizar aspectos comocosto, mantenimiento y operacin. Esta arandela y en general la gran mayorade ellas son usadas en ensambles tornillo-tuerca, en el caso de que el materialque se desea unir no es mas blando que el de la tuerca o en el caso de que nose tenga una superficie lisa de apoyo.

Tambin para el aprendizaje de las personas que no conocen del trabajo de

corte en el troquelado, esto con la finalidad de establecer un troquel adecuadode acuerdo a las necesidades especificas de una empresa dentro del rea demanufactura y que sea viable para la solucin de un problema que involucrefactores como:

Tiempo. Costo. Produccin. Mantenimiento. Operacin.


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JUSTIFICACIN DEL TEMA

El presente trabajo se ha realizado con la finalidad de que este pueda

servir atodos aquellas personas que no conocen de el trabajo de corte en eltroquelado, esperando poder influir en la decisin del proceso, as como de laseleccin de cada uno de los elementos que componen el troquel.

Este trabajo surge de la necesidad de contar con informacin correcta y verazacerca de los trabajos, de corte por troquelado, con mayores detalles deinnovacin y ejecucin, y que permitan al usuario conocer que dicho sistema vaa cubrir las necesidades y limitaciones que siempre ha tenido, ya que una gran

cantidad de personal dedicado a la fabricacin de troqueles desde hacemuchos aos, solo los manejan de una forma prctica y pocos son los quecuentan con bases fundamentadas en este tema, trayendo como consecuenciala fractura de las herramientas y en algunos casos el deterioro de las mquinaspor una mala apreciacin en cuanto a la capacidad de la mquina a utilizar ojuego entre punzn y matriz o tipo de operacin a realizar.

El planteamiento de este troquel demostrara, no solo la forma en que dichosproblemas sean resueltos de la mejor forma sino tambin ser planteado elvolumen de produccin de una pieza con respecto a ciertos elementos demquina.


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GENERALIDADES DEL TROQUEL.

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1.1 INTRODUCCIN AL PROCESO DE TROQUELADO.

El trabajo de los metales en hoja, es un conjunto de operaciones mediante lascuales la lmina sufre cambios que tiene como finalidad transformarlas enobjetos de una forma determinada.

Las formas que se obtienen son muy numerosas y las hay desde las mssimples hasta las ms complicadas; de lo cual se puede ver la diversidad deoperaciones para formar los materiales en hojas.

Este sistema de trabajo de metales en hojas no haba adquirido sino hasta losltimos aos la importancia a la que tiene derecho, por la razn de que estarama industrial era explotada casi exclusivamente por los prcticos, y que los

datos cientficos eran muy restringidos y escasos.

Por otro lado esta ciencia haba tomado su lugar en la industria, pero ha sidoexplotada en el empirismo ms completo.

Desde hace algn tiempo, los progresos realizados en el dominio de la tcnicade corte, formado y embutido han permitido obtener indicaciones prcticas ymatemticas, lo que ha dado como resultado un desarrollo considerable deestas industrias para su explotacin. Un troquel esta determinado de acuerdo a

un previo anlisis efectuado tanto de la maquina como de el producto arealizar, ya sea que este vaya a ser en serie o no.

Los troqueles han sido parte fundamental en la elaboracin de unadeterminada operacin dentro del rea de manufactura ya que estos estndirectamente relacionados con el buen funcionamiento de la maquinaria y conlas posibles fallas que puedan producirse en dicha operacin.


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1.1.1 DEFINICIN DEL PROCESO DE TROQUELADO.

El troquelado es un mtodo para trabajar lmina en fro, en forma y tamaopredeterminado, por medio de una herramienta llamada troquel y una prensa.El troquel determina el tamao y forma de la pieza terminada y la prensasuministra la fuerza necesaria para efectuar el cambio.

Cada troquel est especialmente construido para la operacin a efectuar y noes adecuado para otras operaciones.

Al aplicar un movimiento oscilante o de ascenso y descenso por medio de laprensa, con el montaje previo del troquel entre sus platinas de la prensa seobtendrn las piezas en unos cuantos segundos en el caso de las prensas

mecnicas y en el caso de la prensa hidrulica solamente es por la introduccinlenta de el punzn en la matriz por medio de un par de platinas a las que seencuentra colocado el troquel.

1.2 PARTES QUE FORMAN UN TROQUEL.

Troquel es una herramienta de produccin cuyo propsito es producir partesconsistentes y segn requisitos especificados. Antes de comenzar el estudio de

troquelado es necesario comprender con claridad como esta compuesto untroquel y sus elementos (ver figura No. 1).

Figura 1. Componentes comunes de un troquel.

Punzn

Bujes para los pernos gua

Perno gua

Porta matriz

Matriz

Porta punzn

Extractor

Gua


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1.2.1 MATRIZ.

Es el elemento primordial para el troquel debido a que tiene adecuadamentelas dimensiones para permitir la entrada del punzn (normalmente y en relacincon el espesor del material o tira y de acuerdo con la tolerancia de precisin

permitida). En la matriz es donde se encuentra tallada con exactitud meticulosala figura de la pieza que se ha de obtener, es el elemento que soportaesfuerzos en toda la estructura del troquelado.

1.2.2 PUNZN.

Es el miembro macho de un troquel completo. Suplementa y complementa la

matriz, para producir el efecto deseado sobre el material que se trabaja. Laforma del punzn corresponde a la matriz pero este debe ser exacto (si en sudefecto el corte interior debe ser exacto, la placa matriz se construiraumentando su dimetro segn la holgura admitida) y debe ser ligeramentems pequeo el punzn (si el corte exterior debe ser exacto, la placa matriz seconstruir de modo que sus dimensiones definitivas correspondan exactamentea las de las piezas acabadas), en una cantidad igual juego entre matriz ypunzn requerida. El tipo y espesor del material y la operacin que se va allevar a cabo dicho juego.

1.2.3 BRIDA.

Es una saliente a ras, en la superficie inferior de la zapata de troquel, con lasuperficie superior del portapunzn. La saliente se extiende mas all del readel troquel con el fin de servir de medio para el agarre de la zapata a la platinade soporte o al vstago de la prensa, segn sea ms apropiado.

1.2.4 VSTAGO.

La mayora de los porta punzones para dimetro pequeos, se fabrican conun vstago que encaja en el hueco de agarre del extremo inferior de la prensao troqueladora. El vstago del punzn se usa para montar el juego del troquelen la prensa y asegurar el portapunzn al vstago de la misma.


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1.2.5 PORTA TROQUEL (DIE SET).

El porta troquel es el elemento ms importante de un troquel ya que sobre de elvan montados los troqueles obtienen las siguientes ventajas:

1.- Los miembros se mantienen en alineacin correcta durante el proceso decorte, aun que exista alguna holgura en el pisn de la prensa. As se mantieneel juego de los bordes de corte para producir piezas exentas de rebabas.

2.- Se aumenta la duracin de la matriz.

3.- Los troqueles se pueden instalar en las prensas en un tiempo mnimo acausa de que son unidades independientes.

4.- Se facilita el almacenamiento, no hay posibilidad de perdida de partessueltas.

5.- Los troqueles bien diseados se pueden afilar sin desmontar los miembrosde corte.

1.2.6 PLACAS.

La base del juego del troquel se llama placa inferior del troquel (o zapata portamatriz). Esto es siempre vlido, a pesar que en algunos casos los punzones semontan sobre esta placa inferior. La mayora de los juegos de troquelnormalizados, tienen los pasadores gua montados sobre la placa del troquel.Placa superior (o zapata portapunzn). El miembro superior del juego detroquelera se llama porta punzones (o zapata del punzn).Esto es vlido, apesar de que en algunas ocasiones los bloques del troquel se montan sobreeste miembro superior. La gran mayora de los juegos del troquel normalizadostienen casquillos gua (o tasas)montados en el portapunzn.

1.2.7 PASADORES GUAS O POSTES.

Los pasadores gua (llamados tambin postes),son pasadores cilndricos quesirven de medio de alineamiento al juego de troquel.


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1.2.8 CASQUILLOS DE GUA O TASAS.

Se instalan en la placa superior y encajan en los postes guas mediante unacoplamiento deslizable ajustado. Los pasadores gua y casquillos de guaactan conjuntamente para alinear el troquel.

1.3 PRINCIPIOS DE APLICACIN.

El motivo que nos ha inducido a tratar aqu estos temas es la falta de relacinque suele existir entre las teoras cientficas y las aplicaciones prcticas dealgunas de las teoras. Con esto no se pretende suplir esta falta mediante laexposicin de los datos que a continuacin desarrollamos, pero si esperamosque stos sirvan de indicacin, para demostrar que la prctica del corte puede

ser asentada sobre una base tcnica, aun que estos datos partan deinformacin prctica.

Si tomamos en cuenta que para una operacin bsica de corte y punzonado eltroquel puede ser un dado de corte o de punzonado, dependiendo de estoexclusivamente del uso para el cual ha sido diseado. Se llama un dado decorte si su objeto es producir piezas de corte o bocado de contorno y tamaodeseado mediante el corte del metal.

Iniciaremos estableciendo que los principios para el corte de materiales, son lossiguientes:

A) La resistencia al corte de los materiales.B) La holgura entre el punzn y la matriz de corte.C) La holgura angular.

1.3.1 LA RESISTENCIA AL CORTE DE LOS MATERIALES.

Si tomamos como base las reacciones que presenta un material al sertroquelado por corte, podemos establecer la relacin que existe entre losprincipios fundamentales de resistencia y los fenmenos aprovechados duranteel proceso de corte por troquelado.

Partiendo de que el resultado de las fuerzas que actan sobre la materia primamediante los troqueles de corte o punzonado, consisten en una operacin de


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cizallamiento; esta accin puede considerarse dividida en tres pasos o etapasque son de importancia para la matricera a causa de su relacin directa conlas calidades dimensionales y apariencia de las partes de pieza. Estas etapasse relacionan adems con el trabajo efectivo y la vida del troquel. En la figuraNo. 2 siguiente se ilustran de forma progresiva, tales etapas, en las cuales esmuestra la reaccin de la materia prima.

Figura 2. Etapas de corte y cizallamiento de material.

Las etapas de corte y cizallamiento de material inician de la siguiente manera:

1.- Primera etapa: Deformacin plstica, la materia prima ha sido colocadasobre el troquel, la prensa se ha preparado y el punzn se dirige al troquel. Elpunzn entra en contacto con la materia prima y ejerce presin sobre sta.Empieza a sobrepasarse el lmite elstico de la materia prima, ocurriendo la

deformacin plstica.

2.- Segunda etapa: A medida que la fuerza que acta sobre el punzn seejerce una accin, el punzn penetra forzadamente en la materia primaprovocando el corte o bocado al desplazarse dentro del troquel abrindose enforma proporcional. Esta es la verdadera parte de cizallamiento dentro del ciclode corte y de aqu se deriva el trmino de corte por cizallamiento.

Punzn

Material

D

T Corte T

Rasgado 2/3 TAproximadamente

De un 10% TEn el dimetro.


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3.- Tercer etapa: Fractura, a medida que contina la presin de punzonado sepresentan fracturas iniciadas en los bordes de corte del punzn y el troquel,estos son los puntos de mayor concentracin de esfuerzos. Bajo condicionesapropiadas de corte, las fracturas van extendindose hasta encontrarse.Cuando esto sucede, la fractura se completa y el bocado es separado de lamateria prima original. El punzn entra entonces en la abertura del troquelempujando ligeramente el bocado o pieza de corte por debajo del borde decorte del troquel.

Los fenmenos antes descritos se pueden predeterminar mediante pruebas enensayos en los materiales para poder obtener resultados de carga,deformacin as como de las fracturas que sufrirn los materiales al someterlosa una determinada carga, de aqu la relacin entre la prctica y la tcnica

dentro de lo que es el trabajo de los metales por corte.

El mtodo a continuacin descrito es el usado para determinar algunos puntosentre los cuales se encuentra el lmite de proporcionalidad, lmite elstico y laresistencia a la ruptura que son valores sumamente tiles en la ingeniera paracalcular los materiales a utilizar dentro de sus piezas a fabricar.

Para observar grficamente el comportamiento de un espcimen sometido a unensayo de traccin o compresin, se construye de un diagrama Esfuerzo-

Deformacin unitaria, el cual es un diagrama trazado con valores de esfuerzocomo ordenada y deformaciones unitarias como abscisas ( figura No. 3).

Para la obtencin de estas grficas se someten a una probeta a carga axial detraccin, las cuales se incrementan paulatinamente tomando simultneamentelecturas de la variacin en longitud. Algunas mquinas tienen un graficadoracoplado pudindose obtener directamente durante la realizacin de la prueba.Estas curvas son llamadas Curvas Aparentes de Esfuerzo Deformacin, yaque los esfuerzos se calculan de acuerdo con el rea original de seccintransversal en lugar de utilizar la seccin transversal real, que existe en elmomento en que se mide la carga.

Los puntos de mayor importancia dentro de esta grfica son:

Lmite de proporcionalidad (L.P.).- Es el esfuerzo mximo en que el esfuerzo yla deformacin permanecen proporcionales. El lmite proporcional se determinamediante la curva trazando una lnea recta tangente a la curva en el origen yanotando la primera desviacin que tenga la curva de su linealidad, este valorno tiene gran utilidad en los clculos de ingeniera.


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Lmite elstico (L.E.).- Es el esfuerzo mximo que puede soportar el materialsin sufrir una deformacin permanente. Estos valores pueden serdeterminados, tomando valores simultneamente de carga y deformacin,mediante una grfica de Esfuerzo-Deformacin Unitaria.

Esfuerzo de cedencia (E.C.).- Es el esfuerzo que se produce en un materialprovocando una deformacin especfica, permanente y limitadora. Su valorpuede obtenerse trazando una recta paralela a la porcin recta de la curva queparte a una distancia prefijada experimentalmente, igual a 0.002 E para elacero, donde esta recta intercepta a la curva, obteniendo el valor del esfuerzode cedencia.

Punto de cedencia (P.C.).- Es el esfuerzo en el que se produce por primera vezun incremento notable de la deformacin, sin aumentar el esfuerzo. Puededeterminarse, observando la primera carga a la que se produce un aumentovisible de las distancias entre dos marcas de referencia.

Resistencia a la traccin (R.T.).- Es el equivalente a la resistencia final y secalcula dividiendo la carga mxima soportada por el espcimen entre el rea dela seccin transversal original del mismo.

Resistencia a la ruptura (R.R.).- Se determina dividiendo la carga soportada enel momento de la ruptura, entre el rea de seccin transversal original delespcimen. Esta carga ser menor a la carga mxima, debido a que la seccintransversal del espcimen se reduce en forma drstica despus de que sealcanz la carga mxima.

La finalidad de esta grfica es obtener en forma prctica y terica los datosms importantes en cuanto a esfuerzo se refiere ya que, todo cuerpo sometidoa una fuerza de traccin aplicada exteriormente (denominada carga P),opondr una resistencia interna de la misma intensidad y de sentido opuesto,denominada fuerza interna.

La intensidad de la fuerza o componentes internos distribuidos que resistan uncambio en la forma de un cuerpo se denomina esfuerzo, el esfuerzo se mide entrminos de fuerza (Kg. o lb.)por unidad de rea unitaria (cm, mm, pulg)yse representa por la letra griega ().


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Figura 3. Grafica de Esfuerzo -Deformacin para todos los materialessometidos a tensin y compresin.

1.3.2 LA HOLGURA ENTRE EL PUNZN Y LA MATRIZ DE CORTE.

En el proceso de troquelado clsico, la separacin existente entre doselementos de corte (punzn y matriz)ha de ser fija, determinada, depende delespesor y naturaleza del material a trabajar para la cual la holgura de cortepuede variar desde 1% hasta un 12 % del espesor del material a cortar.

La holgura es el espacio entre las partes de ajuste de un equipo de troquelar.La holgura entre los bordes cortantes permiten que se unan las fracturas y laporcin fracturada del borde cortado obteniendo una apariencia limpia. Para elacabado ptimo de un borde cortado, es necesaria una holgura apropiada y esuna funcin de la clase, espesor y dureza del material de trabajo (ver figuraNo.4)

R.T.

R.R

P.C.

R.C.

L.P.

ZonaElstica.

0.002

Zona

plastica

Punto deRuptura


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Figura 4. Holgura de punzn y matriz, penetracin de un punzn en un metalcortado en matriz y fractura de metal.

La holgura, penetracin y fractura se muestran esquemticamente en la grficaanterior donde podemos ver el borde cortante sobre el material, con holguranormal. Las esquinas superiores del borde cortado en el material y la esquina

inferior de la pieza cortada tendrn un radio donde los bordes del punzn y dela matriz, respectivamente, donde hacen contacto con el material, esto esdebido a la deformacin plstica que se produce. Este radio del borde ser mspronunciado cuando se corten metales blandos.

En operaciones de corte ideales, el punzn penetra en el material a unaprofundidad igual a cerca de un tercio de su espesor antes de que se produzcala fractura, y fuerza una porcin igual de material dentro de la abertura de lamatriz. Esta porcin del espesor que penetra est muy bruida, apareciendosobre el borde cortado como una banda brillante alrededor de todo el contornodel corte adyacente al radio del borde. Pero adems el ancho de la bandacortada es una indicacin de la dureza del material, as como la holgura deltroquel y el espesor del material que ha sido constantes; y cuando ms anchala banda, ms blando es el material.

Por lo que basndonos en estas indicaciones se toma una serie de datos y seobtienen esta divisin de grupos segn su holgura para tener una referencia.

Holgura

Punzn

Comienzo de fracturaMaterial


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Grupo 1. Aleaciones de aluminio en todas sus durezas. Una holgura promediode 4 % del espesor del material es recomendable para cortar y perforar.

Grupo 2. Aleaciones de aluminio, latn, todas las durezas, aceros laminadosen fro, completamente recocidos; aceros inoxidables blandos. Se recomiendaun promedio de holgura del 6 % del espesor del material para el corte yperforado normal.

Grupo 3. Aceros laminados en fro, medio duro, acero inoxidable, medio duro yduro. Se recomienda un promedio de holgura del 7 % para el corte ypunzonado normal.

De los antes mencionado obtenemos esta clasificacin de las holguras y susbeneficios as como los problemas que se pueden presentar con cada uno de

ellos.La clase de la holgura puede ser:

I.- Escasa.II.- Correcta.III.- Excesiva.IV.- Nula.

I.- Holgura escasa: En el caso de que la holgura entre matriz y punzn sea

escasa predominar una zona lisa presentado una superficie similar almecanizado de rectificado y pulido; aun que en materiales ms duros, estebrillo no es tan pronunciado como el producido en chapas blandas.

En este caso se acusa un permetro de rebaba muy exagerado y poco uniformellegando a alcanzar valores de 0.5 a 0.8 mm. de altura por 0.1 mm. de espesoren chapas de acero dulce de 2 mm. de espesor y resistencia de 40 Kg. / mm..

Por lo cual la operacin de corte se realiza ms de prisa que en casosposteriores, precisando ms fuerza de corte. Adems las paredes de cortesufren ms erosin por este motivo y por el mayor rozamiento del materialcortado.

II.- Holgura correcta: En este caso de holgura correcta, presenta la zona lisauna superficie similar al mecanizado fino pero con poco o nada de brillo.

Por el contrario en este caso del anterior cabe destacar la desaparicin demontculo de rebabas cortante que no llega a 0.1 mm. de altura y para lo cual


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los datos prcticos nos indican que para cortar chapas de acero dulce esnecesario de un 5 % a un 12 % del material.III.- Holgura excesiva: Este tipo de holgura se puede presentar como un defectoen el corte por una falta de material en el macho o la matriz. Generalmente pormucho uso de la herramienta, acusndose el defecto apuntado o marcado elelemento ms dbil, pero tambin puede ser debido a un mal e incorrectoajuste de ambos.

IV.- Holgura nula: En algunos casos se viene utilizando un sistema detroquelado donde la holgura de los elementos cortantes es muy reducida, delorden de 1 % del espesor del material, se decir, aproximadamente diez vecesmenor de la holgura del troquel convencional. Con este sistema se consigue loque tanto se pretendi en el troquelado clsico, es decir, precisin y carga decorte limpias; con el troquelado convencional.

Figura 5. Las vista microgrficas de perfiles de corte troquelados con distintas

holgura.

e a

b

db

b

b

b

b

d c

c

eee

e

a

a

a

ae

d

e a


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En las vistas que se mostraron anteriormente son las vistas microgrficas deperfiles de corte troquelados con distintas holguras entre macho y matriz. En la1 se presenta el caso donde la holgura entre ambos elementos puedeconsiderarse escasa. En la 2 la holgura todava no es uniforme, aprecindosezonas de friccin. En la 3 entre ambos elementos puede considerarse correcta,los smbolos significan:

a) muestra de zona deformada perteneciente a la superficie.e) que forma un amplio radio.b) es la zona arrancada.d) son los picos circulantes del lado donde ha estado en contacto la chapa conel punzn y la matriz.

En cualquier caso queda la medida del agujero que da a la medida nominal delpunzn y el recorte a la medida de la matriz, despreciando las levesreducciones y ensanchamientos que respectivamente se producen encontornos interiores y exteriores una vez liberados de los elementos activos dela consideracin del corte.

1.3.3 HOLGURA ANGULAR.

Se define como la holgura por debajo de la pared recta de una superficie de

matriz con respecto a la superficie de corte y esta se aplica con la finalidad deliberar rpidamente al material que queda atrapado dentro de la matrizformando un tapn de material.

La holgura angular deber expresarse en trminos de la cantidad de holgurapor lado (espacio) y no como una cifra que representa el ngulo total o elngulo incluido. La holgura angular ptima para cualquier abertura de troqueldado, es variable. Depende especialmente del tipo de material a utilizar, de losrequisitos de produccin y de los mtodos de fabricacin del troquel. Laresistencia de los materiales de corte tambin influyen en la holgura angularque se use.

Generalmente, los materiales suaves requieren una holgura angular mayor quelos materiales duros. El aluminio especialmente, tiende a estancarse oacumularse sobre la abertura del troquel. Los materiales de calibre pesadorequieren de una mayor holgura angular que los calibres menores por esto serequiere tener una holgura mxima y mnima.


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Holgura mxima y mnima, en pocas excepciones un ngulo de 2 * por ladopuede ser considerado como la holgura angular mxima. Por razonesprcticas, es mejor utilizar una holgura angular mnima de 1/8 *. Este ngulomnimo, sin embargo es prctico nicamente para troqueles de gran producciny abertura rectificada. Se considera una buena prctica general el empleo dengulos que van desde * hasta * dependiendo de los requisitos deproduccin y tipo de material que se use.

MTODO PARA DETERMINAR LA HOLGURA ANGULAR

Al fabricar una matriz debemos de tomar encuentra la altura de la zona de cortedeber ser 2 veces el espesor de nuestra materia prima sin ser inferior a 1.62mm., se considera como un buen promedio para materiales inferiores a 3.1mm. este mtodo se utiliza cuando es necesario o deseable, disipar lo ms

pronto posible la compresin almacenada dentro de la pieza de corte. Laholgura angular que comienza en el borde del corte es el mtodo preferido parael corte de materiales abrasivos. Como los aceros inoxidables y con silicatos, ycomo regla general, los materiales suaves, especialmente el aluminio sedesplazarn de manera ms adecuada si la holgura angular comienza en elborde de corte como se muestra en la siguiente figura.

Figura 6. Holgura angular.


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1.3.4 RECOMENDACIONES PARA EL DISEO EN EL PROCESO DECORTE.

Las recomendaciones que a continuacin se mencionan son algunos criterios atomar en cuenta para el diseo de un troquel antes de iniciar con el diseo yclculos.

Figura 7. Piezas rediseadas para permitir un mejor acomodo de las plantillas.

Utilizacin del material: las piezas deben disearse para lograr el mximoaprovechamiento del material. Las formas que pueden acomodarse muy juntasson mejores que las que tienen que espaciarse sobre el material. Una pieza enforma de L se acomoda mejor que una en forma de T. Otros objetos semuestran ms adelante para como aprovechar el material. Esteaprovechamiento del material, tambin requiere una estrecha comunicacinentre el diseador y el fabricante de troqueles, o cuando menos la habilidad deldiseador para visualizar una distribucin como lo hara el fabricante de

troqueles.

90 mm. de anchox 50 mm de largo

(20% menos de material)80 mm. de anchox 70 mm de largo

80 mm. de ancho 38 mm. de material mismo ancho(41% menos de material)


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Tambin debe considerarse el aprovechamiento de las secciones antes paraproducir piezas adicionales. En el caso de grandes proyectos, muchas piezasrequieren el mismo espesor y material. Al disear una pieza pequea a partirde un pedazo de material remanente del recorte de unas piezas ms grandes,el diseador ahorra material. En este caso debe hacerse las anotacionespertinentes para proporcionar la informacin al personal de manufactura.

Figura 8. Rediseos que permiten un mejor ahorro de material.

Material de 80 mm. deLargo x 30 mm. de ancho

Material de 70 mm. deLargo x 40 mm. de ancho

Material de 80 mm. deLargo x 90 mm. de ancho:

Un solo material.(28% menos de material)

Mas

Diseo ori inal


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Agujeros: El dimetro de los agujeros perforados no debe ser menor delespesor del material, solo los manguitos de soporte de punzonesespecialmente sincronizados o el mtodo del troquelado fino, permiten haceragujeros ms finos; pero con el herramental convencional del troquelado, larotura de punzones se vuelve excesivo si se intenta perforar agujeros mspequeos que el mnimo establecido.

El espaciamiento: El espaciamiento entre agujeros debe de tener un mnimo de2 veces espesor del material. An cuando se prefieren 3 veces desde el puntode vista de la resistencia del troquel. Por la presin de perforado es amenazadaseriamente.

Figura 9. Agujeros correctos bajo un lmite.

La distancia mnima de borde de un agujero al siguiente debe de ser cuandomenos igual al espesor del material, aunque es preferible que sea de 1 a 2

veces al espesor.

Esto no Esto s

Menor que T1 T mnimo

1 - 2 TPreferible

Espesor del

Material


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Aristas afiladas: Las aristas a escuadra, ya sea internas o externas, debenevitarse siempre que sea posible. Las aristas externas a escuadra tienden aromperse prematuramente los punzones o matrices, originando raspaduras,grandes rebabas o bordes speros en el rea de la arista de la pieza recortada.

Figura 10. Reglas de diseo para radios de esquinas interiores y exteriores.

Asimismo las aristas interiores a escuadra en punzones y matrices son unpunto de concentracin de esfuerzo que puede llevar a la rotura y falla duranteel tratamiento trmico o uso. Una regla general es dejar la arista con un radiomnimo de redondeo de una y media veces el espesor del material y nuncamenor de 0.8 mm., debe recordarse que inevitablemente habr una arista aescuadra siempre que dos bordes producidos por operaciones de cizallado,rasurado o recortado haga interseccin en ngulo aproximadamente recto.Tales esquinas pueden redondearse puliendo las piezas en tambor o mediantealguna otra operacin secundaria.

Material en tira: Muchas veces es posible disear una pieza de forma que serecorte de material en tira, en lugar de cortar una matriz ms cara que tambindeja una tira de material no utilizado. Este mtodo, econmico y sencillo, esaplicable nicamente cuando la pieza puede tener dos lados paralelos y no serequiere una forma especfica o tolerancias muy precisas en el ancho.

Esquinas enngulo recto.

Radio = t o ms.Con un mnimo de 0.8 mm.

En material delgado

T

Esto no Esto s


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Figura 11. Tiras de material.

Cuando por razones econmicas se disea una pieza que requiere el uso deuna herramienta cizalladora o recortadora con material en tira, debe evitarserecortes afilados, en la figura que se muestra a continuacin mostramos que elmtodo A es preferible; que el mtodo B es aceptable y el mtodo C debeevitarse.

Figura 12. El simple cizallado de una tira metlica.

Esto no

Esto si

Lnea de cizallado

Forma del punzn de corte


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CLASIFICACIN DE LASOPERACIONES DE CORTE.

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2.1 REGLAS FUNDAMENTALES PARA LA CLASIFICACION DELTROQUELADO.

Se dividen en dos, por una parte las operaciones que dan forma a los

materiales y por otra aquellos que los cortan, se ha podido elaborar, una seriede definiciones para todas las operaciones mecnicas y para los mtodos deejecucin por medio del cual es conveniente definir los troquelesparticularmente.

Las operaciones se dividen en cinco categoras que son:Corte, Formado, Embutido, Repujado y el Matrizado en prensas. Nosotroseliminamos estas dos ltimas operaciones ya que quedan fuera del trabajo demetales en hoja, esto debido a que este procedimiento estudia las operacionesrelativas al trabajo de forja pequea y grande.

El corte comprende: el cizallado, el punzonado, el recorte, el entallado, elperforado, y el corte con soporte de la pieza.

El formado comprende: el doblez, el rebordeado, el estampado, el aplanado yla forja.

El embutido y el repujado no tienen ninguna sub-divisin y constituyen cadauna, operacin bien determinada que se llama embutido y repujado.

Los siguientes esquemas figura 13 y 14 indican la significacin de cada una delas operaciones as como los medios para- ejecutarlas, permitiendo de unamanera rpida observar los conjuntos de operaciones por ejecutar para elcorte, formado, embutido y sus objetivos.


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Figura 13. Clasificacin de la materia prima para troquelar

CORTE SEGN PLANTILLASHEARING ACCORDING GAGE


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Figura 14. Equipo para el troquel.

AL CORTE CIZALLA Y PRENSA DE CORTE


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Definicin de las operaciones:

A. - Las operaciones de corte, de formado y de embutido comprenden laejecucin de piezas provenientes de:

1.- Materiales diversos en forma de lmina o de bandas.2.- Materiales en forma de barra.

B.- Las operaciones de corte, de formado y de embutido son:

1.-Para separar el material, el corte y el punzonado.2.-Para dar forma al material, -el formado, el embutido, la forja y elmatrizado en prensas.

C. - El equipo para la ejecucin de las operaciones de corte, de formado y de

embutido es:

1. -Las maquinas.2.- Los troqueles.3.- Los aparatos diversos.

1.- El corte, consiste en la separacin del material en trozos:

a) Cizallado, con ayuda de una cizalla guillotina, de palancas, depercusin o con moletas.

b) Cizallado, con ayuda de un troquel de corte que tenga un punzny una matriz de corte inferior.

c) El punzonado, consiste generalmente en hacer un agujero en unaplaca, una pieza formada o embutida.

d) El recortado, es una operacin de corte que se hace para quitarlos bordes de una pieza formada o embutida.

e) El Entallado, consiste en la separacin parcial del material sinque se destruya totalmente su cohesin, por consiguiente sin queel trazo se desprenda completamente del material.

f) El perforado, consiste en perforar un cierto nmero de agujerosredondos o de aberturas de todas formas en placas o en piezasformadas y embutidas (lminas perforadas).

g) El corte con soporte de la pieza, con la ayuda de un punznhueco con aristas cortantes, la contraplaca soporta el materialsuave.


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h) El corte segn plantilla, se hace generalmente con cizallascirculares con moletas.

El troquel como ya lo vimos tiene dos mitades, entre las cuales se coloca la

lmina. Cuando las dos partes del troquel se juntan se lleva a cabo laoperacin de CORTE, CIZALLADO, PUNZONADO, RECORTADO,ENTALLADO, PERFORADO, CORTE CON SOPORTE DE LA PIEZA YCORTE SEGUN PLANTILLA, dentro del proceso de corte se utilizanormalmente, la mitad superior del troquel es el punzn (la parte ms pequea)y la mitad inferior es la matriz (la parte ms grande).Cuando las dos mitadesdel troquel se juntan, el punzn entra en la matriz, dando origen a una piezacon la forma de estos como resultado.

Tomando como base los elementos antes mencionados hablaremos de laclasificacin por el trabajo de corte que realiza cada una de las operaciones de

corte como a continuacin se describir.

2.2 CORTE.

El corte del metal entre los componentes del troquel es un proceso decizallamiento en el cual el metal es sometido a fuerzas de cizallamiento entredos bordes cortantes hasta el punto de fractura, o ms all de su ltimaresistencia. El metal es sometido a esfuerzos tanto de tensin como decompresin, se produce alargamiento ms all del lmite elstico; continuandocon una deformacin plstica, reduccin de rea, y finalmente comienza lafractura a travs de planos de desprendimiento en el rea reducida y se vuelvecompleta. Los pasos fundamentales en corte se muestran en la siguientegrfica (figura No. 15). La presin aplicada por el punzn sobre el metal tiendea deformarlo dentro de la abertura de la matriz. Cuando el lmite elstico esexcedido por una carga posterior, una porcin del metal ser forzado dentro dela abertura de la matriz obteniendo la forma en relieve de la cara inferior delmaterial. Segn siga aumentando la carga , el punzn penetrar en el metal acierta profundidad y forzar una porcin de metal del mismo espesor dentro dela matriz, esta penetracin ocurre antes de que comience la fractura y reduce elrea transversal del metal a cuyo travs se esta haciendo el corte. Las

fracturas comenzarn en el rea reducida tanto en el borde cortante superiorcomo en el inferior, si la holgura es adecuada para el material que esta siendocortado, estas fracturas se extendern unas hacia las otras y eventualmente sejuntarn, causando la separacin completa. La continuacin en el recorrido del-punzn llevar la porcin cortada a travs del metal y dentro de la matriz.


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Figura 15. Pasos fundamentales del corte.

El corte, consiste en la separacin por medio del troceado que una operacinque realiza la separacin completa del material de trabajo cortndolo a lo largode lneas curvas o rectas.

2.3 CIZALLADO.

Es el corte realizado por medio de dos bordes cortantes hasta el punto deruptura, o ms all de su ltima resistencia al aplicar una carga a uno de losbordes y hacer que el material sufra esfuerzos de tensin y de compresin,pero adems auxiliados de una separacin entre el ambos bordes obsrvese lafigura 16.

Figura 16. Cizallado.

PUNZN

TENSIN

PIEZA

TENSIN

MATRIZ

COMPRESIN

CUCHILLASUPERIOR

CUCHILLAINFERIOR

MATERIAL


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2.4 PUNZONADO.

Consiste generalmente en hacer uno o un cierto nmero de agujeros en una

placa, una pieza formada o embutida.

El punzonado o recortado se lleva a cabo en tres etapas (vase la figura No.17): (1) deformacin plstica, (2) penetracin y (3) fractura.

Etapa 1: el punzn hace contacto con el material y se empieza a ejercerpresin hasta el lmite elstico del material se excede y comienza ladeformacin plstica.

Etapa 2: la presin continuada hace que el punzn penetre en el material,

desplazando el recorte o plantilla de material dentro de la abertura de la matriz;el desplazamiento iguala la cantidad de penetracin.

Etapa 3: ocurre la fractura. En este punto, el recorte o plantilla se separa delmaterial base.

Figura 17. Punzonado.

2.5 RECORTADO

El recortado es una operacin de cizallado o corte secundario en la cual lasuperficie de un borde cortado, previamente, a una pieza se termina o hacetersa. La holgura de troquel para un troquel de recortar es, considerablemente,menor que la de los otros troqueles de cortar, permitiendo que se corte conlimpieza un parte de tal superficie de la pieza.

1 2 3

PUNZON

MATRIZMATERIAL


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2.6 ENTALLADO.

Consiste en la separacin parcial del material sin que se destruya totalmente sucohesin, pero sin que el trozo se desprenda del material

2.7 PERFORADO.

Consiste en perforar un cierto nmero de agujeros redondos o aberturas detodas formas en placas o en piezas formadas (lminas perforadas).

2.8 CORTE CON SOPORTE DE LA PIEZA.

Con la ayuda de un punzn hueco con aristas cortantes, la contraplaca soportael material suave.

2.9 CORTE SEGN PLANTIILA

Se hace generalmente con cizallas circulares con moletas.


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DISEO DEL TROQUEL BASEANALITICA.

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3.1 DISEO DEL TROQUEL PARA ARANDELAS.

Como abordemos el estudio del diseo de troqueles, debemos comenzarcuidadosamente aplicando cada uno de los fundamentos o principiosperfectamente antes de pasar a la siguiente aplicacin. De lo contrario es muyprobable que pronto nos encontremos envueltos en las complejidades de loque vamos aplicar, y desalentados ante el asombro, nmero y diversidad deprincipios que deben ser comprendidos.

La palabra troquel es muy general y habr que definir el significado con seemplea en nuestro trabajo. Se les usa en dos acepciones distintas:

Cuando se emplea en sentido general: significa una herramienta deprensa completa con todos sus componentes reunidos.

Cuando se usa en una acepcin ms limitada nos referimos aqu alcomponente que es mecanizado para recibir el material, a diferencia delcomponente llamado punzn, que es un miembro opuesto ycomplementario.

3.1.1 TROQUEL PROGRESIVO PARA LA ELABORACIN DE UNA

ARANDELA.De acuerdo a las caractersticas que presenta la pieza a realizar llamada rollo(ver No. De diseo IPN-M-0801), conviene disear un troquel progresivo,donde aprovecharemos la carrera del descenso y retroceso de la prensa, conla finalidad de que salga totalmente terminada la pieza, aumentando as, laproduccin, calidad y disminuyendo el tiempo de fabricacin.


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3.2 DISEO DE LA TIRA A TROQUELAR

Los factores que determinan las dimensiones de una matriz y la posicin de laabertura en la matriz propiamente dicha, son la forma y el tamao de la pieza.

sta se presenta frecuentemente en forma irregular, tanto que, si vienedispuesta transversal o longitudinalmente en el centro de la matriz, ocasionauna notable prdida de espacio con el consiguiente desperdicio de material. Eneste caso, es conveniente estudiar la mejor disposicin, de modo que permita atodos los lados de la figura encontrar cada uno en su sitio, reduciendo almnimo la prdida de material.

En base a nuestros requerimientos, ser suficiente una tira de una sola fila, porlo tanto, haciendo los clculos pertinentes tenemos:

DATOS:

Acero Galvanizado (Acero Dulce 1010)

Calibre 14 = e = 2 mm.

Medidas de la lamina 4 x 10 (pies)

Peso Aprox imado 16.5 Kg. / m2

Resistencia a la traccin Ks.= 50-70 Kg. /mm^ 2

rea ti l = 3.1416 x r = 3.1416 x 8.5

Utilizando las frmulas:

Anchura del alma = B = 1 X e (1)

Paso de la tira = C = L + B (2)

Ancho de la tira = W = H + 2B (3)


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Figura 18. Diseo de la tira

Sustituyendo los valores en ecuaciones (1), (2) y (3) tenemos:

B = 1 mm. x 2 mm. = 2 mm.

C = 17 mm. + 2 mm. = 19 mm.

W = 17 mm. + 2(2 mm.) = 21 mm.

3.2.1 CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE LAS TIRAS A RECORTAR.

Para calcular las dimensiones de todas las tiras, se utilizan las formulas

siguientes:Th = Ah / C. (4)

Th = Ah / W (5)

Th = Lh / W (6)

Pt = Lh / C.. (7)

Ph = Pt x Th (8)


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Donde:

Th = Tiras por hoja.

Ah = Ancho de la hoja.

C = Paso del troquel.

W = Ancho de la tira.

Lh = Largo de la hoja.

Pt = Piezas por tira.

Ph = piezas por hoja

Siendo:

Medidas de la lamina = 4 x 10 Pies = 1.2192 m. x 3.0480 m. = 3.7 m

Sustituyendo valores en ecuacin (5) tenemos:

Th = 1219 mm. / 21 mm.

Th = 58.05 58 Tiras.

Se puede obtener 58 tiras de 21 x 3048 mm

rea de la tira de material 64008mm = 0.064m


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rea del primer cuadro = 420mm rea del cuadro sucesivo = 399mm

rea del aro de la rondana = 227mmrea del barreno = 55.4 mm

rea total por arandela = 171.6 mm


Pt = 3,048 mm. / 19 mm.

Pt = 160.42 160 Arandelas

De toda la tira se pueden obtener un total de 160 arandelas, al final de estasobrara un pequeo desperdicio de material, equivalente a 6.8 mm.

Desperdicio en el primer cuadro:

420 mm 171.6 mm = 248.4 mm

Desperdicio en el resto de los cuadros sucesivos:

(399 mm (171.6)) *159 = 36156.6 mm.

Desperdicio al final de la tira:

6.8 mm * 21 mm = 142.8 mm Total de desperdicio por tira

248.4 mm + 36156.6 mm + 142.8 mm = 36547.8 mm = 0.0365478m

rea ocupada por el total de las arandelas en una tira:

27456mm = 0.02745m


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Suma del rea total ocupada por el desperdicio y las arandelas:

0.0639978m


Ph = 160 x 58 = 9,280 Arandelas

Por cada tira de material obtendremos 160 arandelas

De toda la lmina de materia prima obtendremos 58 tiras de material ycon ellas un total de 9280 arandelas

rea ocupada en toda la lmina por el total de las arandelas

171.6mm x 9280 = 1592448mm = 1.5m

rea total de desperdicio en la lmina

0.0365478m * 58 = 2.1m

Suma del total del rea ocupada por todas las arandelas y todas la reas de

desperdicio en toda la lamina de materia prima = 3.6m

El porcentaje de la lamina que se va a convertir en desperdicio es del 56.8%aprox.

NOTA: De lo anterior se utilizaron las tablas 1, 2,3 y 4 para especificar datos dela tira de material, con la finalidad de hacer los clculos pertinentes


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3.2.2 ETAPAS PARA TROQUELAR LA ARANDELA.

A continuacin debe ser diseada la tira de recorte que sirve de base paraestablecer las vistas del troquel de corte. Las figuras muestran la tira de

material tal como aparece despus de haber sido perforada los agujeros yrecortada la pieza. Podemos decir que la distancia entre ellas es corta y eltiempo invertido en el desplazamiento de la tira de una estacin a la siguientees poco.

De acuerdo a los datos obtenidos para el diseo de la tira y haciendo unanlisis detallado de la pieza, nos conviene realizar la fabricacin de la piezaen 3 etapas como se puede ver en la siguiente figura.


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ETAPA 1

Se dar un avance a la tira de material de 9.5 mm., en donde se detendr porun tope; este ser accionado manualmente. Cuando la tira llegue a ese punto

el troquel har un movimiento de descenso para realizar el barreno interno dela arandela.

ETAPA 2

La tira tendr un avance de 19 mm. (es igual al paso), con respecto al centrode el primer barreno, esta ser detenida y a su ves guiada por un perno (comosu nombre lo indica, perno gua) esto con la finalidad que se aproveche almximo la tira y que haya una mejor distribucin.


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ETAPA 3

En esta ltima etapa a la tira se le dar el ltimo avance a un paso de 19 mm.con respecto al centro del punzn gua, la tira llegando a este punto, el troquelhar de nuevo el trabajo de descenso para as troquelar y obtener la arandela

terminada.


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Finalmente aqu mostramos la pieza obtenida por medio del troquelado:

La obtencin de la distribucin nos llevo a la deduccin a que hiciramoscambios en la distribucin sobre la tira del material, se debi a que en el primerintento se desperdiciaba mucho material por este motivo se tuvo la necesidadde recurrir a otro medio ms efectivo que es la obtencin de nuestra arandelapor un troquel progresivo.


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3.3 DISEO DE LA MATRIZ

METODO (REGLA DEL DEDO)

Suponiendo una matriz de acero para herramientas, su espesor deber ser

19.05 mm. mnimo para un permetro de corte de 76 mm. o menos; 25.4 mm.para permetros entre 76 y 250 mm. y 32 mm. de grosor para permetrosmayores. Deber haber un margen mnimo de 1.25 veces el espesor de lamatriz. Entre el borde cortante y el exterior de la matriz.

La abertura de la matriz deber ser recta por un mnimo de a 1 gradospara la salida. Los lados rectos proporcionan lugar para el afilado de la matriz.La porcin cnica permite a las piezas que pasen sin acuarse.

Para asegurar la matriz a la placa de la misma, las siguientes reglas proveernuna construccin slida.

1.- En bloques de la matriz de hasta 76 mm. con permetro de corte, empleardos tornillos de cabeza hueca y dos pasadores de 9.5 mm de dimetro.

2.- En secciones de hasta 250 mm. de permetro de corte, emplear tres ocuatro tornillos y dos pasadores de 9.5 mm. de dimetro.

3.- Para troquelar material pesado y con permetros de corte mayores de 250mm., utilizar tornillos de 12.7 mm. y dos pasadores de 9.52 mm. de dimetro.

Resumiendo lo anterior tenemos:

Para un permetro de corte 76 mm. o menos, el espesor de la matriz ser de19.05 mm. y la distancia entre el borde cortante y el exterior de la matriz serde 23.8 mm., utilizando dos tornillos y dos pasadores de 9.5 mm. de dimetro,a una distancia 14.25 entre el borde exterior de la matriz y el centro de susdimetros.

Para un permetro de corte entre 76 y 250 mm., el espesor de la matriz ser de25.4 mm y la distancia entre el borde cortante y el exterior de la matriz de 31.18mm., utilizando tres o cuatro tornillos y dos pasadores de 9.52 mm. de

dimetro, a una distancia de 14.25 mm. entre el borde exterior de la matriz y elcentro de sus dimetros.

Para un permetro de corte mayor de 250 mm., el espesor de la matriz ser de32 mm. y la distancia entre el borde cortante y el exterior de la matriz 40 mm.,utilizando tornillos de 12.7 mm y dos pasadores de 9.52 mm. de dimetro, auna distancia de 19.05 mm. entre el borde exterior de la matriz y el centro desus dimetros.


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EJEMPLO DE LA SELECCIN DE LAS DIMENSIONES.

H =Ancho de la Pieza.L = Largo de la Pieza.T = Espesor de la matriz.

Figura 19.Matriz de una estacin.

Dimensin de la matriz.

Ancho = H + 2(2 x T)

Largo = L + 2(2 x T)

Figura 20.Matriz de dos estaciones

Dimensin de la matriz

Ancho = H + 2(2 x T)

Largo = X + C + Y + 2(2 x T) = Z + 2(2 x T


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Por el mtodo usual de la regla del dedo previamente descrita, el espesor dela matriz (acero de herramientas) deber ser de 19.05 mm. (0.75 pulg.), puestoque el permetro de corte es igual 53.41mm.

Tomando como referencia el dibujo del diseo de nuestra tira tenemos:

El ancho de nuestra abertura en la tira es de 19.05 mm. con un material extrade cada lado de la abertura de 23.8 mm., se tendr:

19.05 + 23.8 + 23.8 = 66.65 mm. de ancho de la matriz.

La distancia del lado izquierdo de la abertura en el paso 2 al borde de laabertura en el paso 1 es igual:

18.75 mm. + 19 mm. + 19 mm. + 18.25 mm. = 75 mm. (largo de la matriz.)

Por lo tanto la matriz deber ser:

19.05 x 66.65 x 75 mm.

De acuerdo a lo establecido antes tendremos que sujetar nuestra matriz con 4tornillos milimtricos de un dimetro de 6 mm. (M6) cabeza de clavija y con dospernos de un dimetro de 4 mm (M4), con un ajuste H7/g6 (ver No. De diseoIPN-M-0802)

De lo anteriormente escrito se determinan las tablas 5 y 6 para seguir uncriterio de seleccin de las dimensiones de la matriz.

NOTA: El acero de herramientas que utilizaremos ser D2 NOM AISI durezadespus del tratamiento trmico de 60 a 62 Rc. (tabla No.7)


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3.4 CENTRO DE PRESIN.

Con respecto al clculo de la matriz se procede a localizar el centro de presinde esta misma con la finalidad de ver en que punto de la matriz se concentranlos esfuerzos en el trabajo del troquel.

Para determinar el centro de presin tenemos que localizar las coordenadas enun plano como lo son los planos X y Y (ver figura 21).

Utilizando las ecuaciones siguientes:

.. (9)

.. (10)

Figura 21. Centro de presin en la matriz.

X = P1X1+P2X2+P3X3P

P1Y1+P2Y2+P3Y3

PY =


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Donde:

P1 = Permetro del primer barreno.P2 = Permetro del segundo barreno.P3 = Permetro del tercer barreno.

Sustituyendo en la ecuacin (9) tenemos:

X = 42.58 mm.

Y = 33.32 mm.

Las coordenadas establecen el centro de presin para que los esfuerzos seandistribuidos uniformemente con la finalidad de tener un mejor troquelado y unamayor durabilidad en nuestras herramientas de corte, este centro se puede vera detalle en el plano IPN-M-0802 que se anexa al final de este trabajo.

[(26.39 x 18.75) + (26.39 x 37.75) + (53.41 x 19)] mm106.19X =

[(26.39 x 33.32) + (26.39 x 33.32) + (53.41 x 33.32)] mm106.19Y =


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3.5 FUERZA NECESARIA PARA EL CORTE

El punzn, en el instante en que desciende y toma contacto con la plancha,

inicia su accin de compresin, seguida inmediatamente del corte opunzonado. En todo el contorno definido por el punzn y la matriz sobrevieneuna presin continua por parte del punzn, y la reaccin que se opone alesfuerzo aplicado, por parte del material. El punzn sigue presionando, en sudescenso, hasta que la presin con que ataca es superior a la de la resistenciaa la cizalladura del material y entonces bruscamente son seccionadas las fibrasde este y queda cortada la pieza.

DATOS:

Material: Acero Galvanizado (Acero Dulce 1010)

Espesor = e = calibre 14 = 2 mm.

Resistencia al corte = = 70 Kg. / mm

Para determinar la fuerza necesaria para estampar la chapa, lo dividiremos endos etapas:

ETAPA 1: Fuerza necesaria para punzonar el barreno.

ETAPA 2: Fuerza necesaria para el corte de la chapa exterior

Utilizando la ecuacin siguiente:

F = P x e x . (11)

Donde:F = Fuerza necesaria para el corte

P = Permetro de corte.

Para la ETAPA 1 tenemos:

1 agujero de 8.4 mm. de dimetro

Permetro = 3.1416 x D int. = 3.1416 x 8.4 mm. = 26.39 mm.


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F1 = 26.39 mm. x 2 mm. x 70 Kg. / mm.

F1 = 3,694.6 Kg.

Para la ETAPA 2 tenemos:

Permetro = 3.1416 x D ext. = 3.1416 x 17 mm. = 53.41 mm.


F2 = 53.41 mm. x 2 mm. x 70 Kg. / mm

F2 = 7,477.4 Kg.

Por lo tanto, la fuerza total necesaria para estampar es:

Ft = F1 + F2

Sustituyendo valores tenemos:

Ft = 3,694.6 Kg. + 7,477.4 Kg. = 11,172 Kg.

Ft = 11 TON.

3.6 CALCULO DE LOS PUNZONES (LONGITUD MXIMA)

Con el fin de evitar un fallo o rotura, debido a una inestabilidad llamada pandeodeterminaremos la longitud mxima admisible mediante la ecuacin:

P = (3.1416 E I) / L = 3.1416 D e (12)

Donde:

P = Fuerza al corte (Kg.)E = Mdulo de elasticidad (Kg. / mm)I = Modulo de inercia (mm4)


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Despejando L de la ecuacin (12) tenemos:

L = 3.1416 E I / D e . (12)

Siendo:

E = 21500 Kg. / mmpara el acero de herramientas

I = 3.1416 (D4) / 64

Sustituyendo valores:

I = 3.1416 (8.4) 4 / 64 = 244.39 mm4

= 70 Kg. / mm

D = 8.4 mm.

e = 2 mm.

Sustituyendo valores en ecuacin (12):

L = 3.1416 (21500) (244.39) / (70) (2) (8.4) = 16,507.137 / 1,176

L = 14036.68

L = 118.5 mm (longitud mxima admisible)

Una vez verificada la longitud mxima admisible, conviene mantener unalongitud normal de 65 mm. en todos los punzones de ejecucin.

Para nuestro caso y con el fin de distribuir la fuerza necesaria para cortar. Unpunzn ser de 75 que es el que alineara a la tira de material y 2 punzones

sern de 65 mm.

3.7 NGULO DE ESCAPE EN LA MATRIZ

En base al material utilizado para punzonar que es un acero dulce de calidadSAE 1010 calibre 14, tenemos el siguiente ngulo:

El ngulo comienza despus de una parte recta igual a 2 veces el espesor dela placa que se quiere cortar y el ngulo comprendido equivalente a 3 (verNo.de diseo M-0802 y Figura No.22).


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Figura 22. ngulo de escape en la matriz.

3.8 JUEGO ENTRE EL PUNZN Y LA MATRIZ

La razn de establecer un juego viene impuesta corrientemente por lanecesidad de reducir, en la medida de lo posible, la presin requerida para elcorte. Sin embargo, la determinacin de este factor depende a su vez de otros,tales como el espesor del material, la clase y la calidad del mismo.

A) El corte (Dimetro Exterior de la arandela) debe ser exacto. La placamatriz se construir de modo que sus dimensiones definitivascorrespondan exactamente a las de las piezas acabadas.

B) El contorno interior (Dimetro Interior de la Arandela)debe ser exacto.La placa matriz se construir aumentando su dimetro segn la holguraadmitida. El punzn deber tener exactamente las dimensionesdeseadas para la pieza acabada.


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Figura 23.Holgura del dimetro interior.

Las dimensiones de la abertura de la matriz son las mismas que las de laspiezas; las del punzn son mas pequeas por la holgura (6% del grueso delmaterial 0.120 mm. por lado) lo que resulta en la produccin de piezas deacuerdo con el tamao de la matriz y las dimensiones del dibujo.

Para determinar la holgura (Ver figura No.23)del dimetro interior tenemos laformula:

H = (D d) / 2 . (13)

Donde:

H = Holgura entre el punzn y la matrizD = Dimetro de la matriz (se considero respecto al material a utilizar)d = dimetro del punzn.

Sustituyendo valores:

H = (8.64 mm. 8.40 mm.) / 2

H = 0.24 / 2

H = 0.120 mm.


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Figura 24.Holgura del dimetro exterior.

Utilizando de nuevo la formula No. (13) para determinar la holgura del dimetroexterior (Ver figura No. 24)tenemos:

H = (17 mm. 16.76 mm.) / 2

H = 0.24 / 2

H = 0.120 mm.


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3.9 SELECCIN DE ARMAZN(CATALOGO DE PORTA TROQUELES AIBE S.A.)

Despus de haber sido diseados todos los detalles, se selecciona un armazn

del tamao o forma apropiados en el catlogo de un fabricante y se les dibujaen su posicin como lo muestra los planos (IPN-M-0808, IPN-M-0809 Y IPN-M-0810)

Los componentes del armazn, fueron seleccionados de un catalogo deelementos normalizados para matricera (TALLERES AIBE S.A.), esto fue unaseleccin que adopt el equipo por que este porta troquel cumple con lasexpectativas del trabajo que se va a realizar y mas que nada con suselementos que lo conforman que hacen eficiente el trabajo.

Este mismo incluye sus accesorios que pueden ser intercamviables, el material

empleado y los procedimientos de fabricacin garantizan una calidad, siempreconstante, de alto nivel tcnico en todo el equipo de porta troqueles.

3.10 SELECCIN DE LA ESPIGA DE SUJECIN

En base a la capacidad de carga obtenida para punzonar es de 11 TON. Yviendo el catalogo, obtenemos las dimensiones de la espiga como puedeobservarse en el plano IPN-M-0810 y en la tabla No. 8

3.11 SELECCIN DE ELEMENTOS DE UNIN

La seleccin de sujetadores o elementos de unin es importante a causa deque los componentes se aplican muy frecuentemente y se les emplea engrandes cantidades. Aunque pequeos realizan funciones importantes. Eldiseo de herramientas y troqueles, los elementos de unin suelen ser eleslabn ms dbil de la herramienta y si no son seleccionados correctamentepueden ser causa de fallas o averas de la herramienta o troquel.

En la figura No. 25 estn ilustrados los tipos de sujetadores o elementos de

unin que fueron seleccionados para el troquel, estos son los ms comnmenteutilizados para la construccin de troqueles:

1.- Tornillos de cabeza cilndrica hueca.2.- Pasadores.3.-Tornillos de cabeza avellanada hueca.


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Figura 25. Tornillos de cabeza cilndrica, pasadores y tornillo de cabezaavellanada hueca.

En cuanto a los tornillos de cabeza cilndrica hueca, se debern observar lasreglas siguientes:

- Los agujeros A de la figura No. 26 en que entran los cuerpos de

los tornillos deben ser de un dimetro de 0.39 mm. (1/64) mayorque el dimetro del cuerpo.

- Los agujeros ensanchados B de la figura No. 34 deben ser 0.79mm. (1/32) ms grandes que el dimetro de la cabeza deltornillo.

- La Profundidad C del ensanchamiento es la misma que la alturade la cabeza del tornillo.

- El dimetro D es igual al dimetro de la cabeza del tornillo de lacabeza avellanada. En la figura No. 26, la vista 1 muestra laseccin longitudinal de un agujero para un tornillo de cabezacilndrica; en la vista 2 muestra el agujero para un tornillo decabeza cilndrica hueca; y la vista 3 el agujero para un tornillo decabeza avellanada hueca.


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Figura 26. Vista en seccin de agujeros que deben de alojar tornillos de cabezahueca.

En cuanto a los pasadores mantienen elementos perfectamente alineados porabsorcin de presiones y empujes laterales figura No. 27. Facilitan tambin el

rpido desmontaje de los componentes y el montaje en su forma primitiva.

En la actualidad, los pasadores son componentes de herramientas de precisiny diseados y proyectados cuidadosamente. Se producen con gran precisintanto a lo que se refiere a sus dimensiones como a sus caractersticas fsicas.Los pasadores se construyen de acero aleado, tratado trmicamente paraproducir una superficie exterior extremadamente dura con un ncleo algo msblando, pero robusto para que resista a la cortadura y al aplastamiento cuandose les introduce en agujeros de ajuste forzado.

En nuestro caso tendremos dos tipos de ajuste que son:

- Ajuste de deslizamiento en el caso de la placa matriz y los portapunzones, con pernos de M4 se dara un ajuste de H7/g6 (comolo indica la tabla No. 10.)

- Ajuste de ubicacin en el caso de los DIE SET, con pernos deM4 se dara un ajuste de H7/h6 (como lo indica la tabla No.10)

Figura 27. Aplicacin tpica de pasador.

En el plano (IPN-M-12) se tiene el despiece del troquel para elaborararandelas, todos los elementos de unin han sido seleccionados de catlogos

de fabricantes como se muestra, las cantidades y especificaciones se describea continuacin:

4 tornillos de cabeza cilndrica hueca (Catlogo RABOURDIN INDUSTRIE):D = M6L = 60 mm.Ref. 527

2 Pasadores (Catlogo matrices J. PAQUIN):D = M4L = 15 mm.


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4 Tornillos de cabeza avellanada hueca (Catlogo RABOURDIN INDUSTRIE):D = M4L = 12 mm.Ref. 530

4 Tornillos de cabeza con cuenca (Catlogo RABOURDIN INDUSTRIE):D = M4L = 6 mm.Ref. 535

4 Pasadores para DIE SET (Catlogo de matrices J. PAQUIN):D = M4L = 18 mm.

4 Tornillos de cabeza avellanada hueca para DIE SET (CatlogoRABOURDIN INDUSTRIE):

D = M4L = 23 mm.REF. 527.


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3.12SELECCIN DE PRENSA

Prensa Troqueladora de Avance Automtico

De acuerdo a nuestros clculos obtenidos en el punto 4 se procedi aseleccionar la prensa para nuestro troquel con las siguientes caractersticas:

Alta produccin de piezas chicas con tolerancias cerradas.

Alimentacin de lmina en rollo.

Avance mecnico automtico Gua de cuatro columnas.

Para troqueles progresivos

Transmisin de poder a base de engranes

Datos de operacin:

- Aproximadamente 3,000 golpes por hora. Potencia aprox. 12 toneladas- rea de troquel: 14 cm. x 28 cm- Altura til: 14 cm,- Voltaje del motor: 220 volts a 1.5 hp


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COSTOS DEL MAQUINADO YPIEZAS DEL TROQUEL.

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4.1 COTIZACIN DEL MAQUINADO DE ELEMENTOS DEL TROQUEL

NOMBRE CANTIDADOPERACIONESSECUNADARIAS

PRECIO$

BASAMENTOPORTAMATRIZ

1 400

PORTA PUNZON 2 500

PUNZONES 2 TEMPLE YRECTIFICADO

350

MATRIZ 1 TEMPLADO YRECTIFICADOEN CARAINFERIOR

800 + 1200

GUIA DELA TIRA

DE MATERIAL

1 800

MONTADO YARMADO EN EL

DIE SET

1 350

TOTAL = 5200


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4.2 COSTOS DE MANUFACTURA ANUALES

Concepto Costo $1. Materia prima (2.5 tiras x dia) 675,0002. Mano de obra 39,735

3. Gastos indirectos 136,8004. Depreciacin 4,0005. Herramienta y equipo 30,000

Total en pesos

Ganancia Prom. = 0.50 x 9510 x 30x12 =

885,535

1,711800-885,535 = 826,265

4.3 ESTUDIO ECONMICO DE FABRICACIN

Concepto En pesos $1.-Costo materia prima

Peso lam. De acero (4 x 10) 750N pzs/ lam. De acero (9510) 750Costo Kg. De lamina de acero 14Costo mat.prima/pieza 0.078Costo de materia prima /millar de piezas 78.842.-Calculo M.O Salario estipulado de 3200Costo est./min. 0.22Tiempo est. Pza. y costo unitario x min. (50golpes x minuto) = 1 pieza x 1.2 seg.

Nota: el costo es cada 3 horas deproduccin, ya que 9510 piezas = 180 min.

0.078 x 50 = 3.9

Costo unitario/pieza 0 .50Costo anual mano de obra ( 3200 x 12 ) + (3.9 x 2.66 x 30 x 12)

Total = 36000+ 3734.64 = 39,735

Salario + costo por produccin3.-Gastos indirectos

Incremento de Mano de obra (5% mx.anual), servicio de luz, agua,mantenimiento de maquinaria, utilizacinde lubricantes y contrato de servicios(publicidad) .

150+2500+250+2500+6000 total 11,400

4.-Depreciacin de maquinaria Depreciacin a 5 aos 20,0005.- Herramientas y equipoCostos de herramientas 17000+2500+5000=24,500 Costos de equipo Aux. (a 1 ao) 5000


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CONCLUSIONES.

Para concluir esta etapa despus de obtener resultados, analizar y revisar eltrabajo del troquelado y muy especial sobre el trabajo de corte de metales enfri, podemos decir que los conceptos bsicos para llevar a cabo la fabricacinde troqueles de corte estn relacionados con el trabajo de metales en laprctica as como los conceptos de resistencia de los materiales masindispensables, cada uno de estos puntos se han tratado tanto tericos comoprcticos que envuelven a este proceso, se buscaron herramientas paraagilizar el manejo de datos como son las tablas, graficas, catlogos y dibujos,ya que de alguna manera son herramientas que nos sirven dentro de lo que esel diseo de ingeniera, tambin se recurri a algunos programas de computocon la finalidad de reducir tiempos en el diseo.

Otro de los puntos importantes que tiene el diseo de cualquier herramentalpara el troquel, es la relacin que deben guardar los materiales a trabajar conrespecto alas herramientas en cuanto a su holgura, resistencia, su espesor, porque de esto depende la vida de las herramientas as como la de las maquinas,ya que si se hace a un lado los espesores usados en la fabricacin de piezasde troqueles predestinados para el material, al utilizar otros diferentes se puedereducir la vida til de los materiales para herramientas.

De lo anterior es de suma importancia el manejo de troqueles con elementos

de fcil intercambio de piezas normalizadas segn lo establecido en lasherramientas de trabajo, ya que actualmente es ms rpido regenerar,modificar o convertir un troquel con partes intercambiables que nos permitarealizar, cambiar o adicionar nuevos elementos en un mismo troquel con lafinalidad de que estos influyan en el costo y tiempo.

Hay que destacar que los puntos tratados en este trabajo referente a lafabricacin, siendo este el que abarca en gran cantidad del trabajo fueron loscatlogos ya que estos fueron de gran importancia para escoger materialescomerciales y estandarizados, relacionadas con las herramientas de corte yque da a da aumenta su campo de aplicacin.

Por ltimo coincidimos los del equipo que tanto el diseo del troquel como en lapieza son dos operaciones sumamente importantes en las que tiene queparticipar el diseador con una gran cantidad de criterios y conocimientos de eltrabajo en troqueles y las materias que se incorporan para tener un mayoranlisis y visin para poder obtener una mejor pieza con el mnimo deproblemas y con una gran facilidad para su ensamble y produccin.


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BIBLIOGRAFIA

Procesos Bsicos de Manufactura.H.C. Kasanas, Glenn E. Baker.1er. Edicin.Ed. Mc. Graw Hill.

Ingeniera de Materiales.W. J. Ellis.1era. Reimpresin, 1976.Ed. Representaciones y Servicios de Ingeniera.

Dibujo y Diseo de Ingeniera.Jensen.

Ed. Mc. Graw Hill.

Estampado en Fro de la Chapa.Mario Rosi.Ed. Dossat, s.a.

Diseo de matrices.V. R. Paquin.Ed. Montaner y Simn.

Troquelado y estampacin.T. Lpez Navarro.Ed. Gustavo Gili.

Catlogo de Elementos Normalizados de Matricera de los Talleres AIBE S.A.

Catlogo de Tornillos Normalizados RABOURDIN INDUSTRIE.

Catlogo de Aceros Fortuna.


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ANEXOS A PLANOS DELTROQUEL, TABLAS Y

CATALOGOS.


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ESTANDARES DE FABRICANTES

CALIBRES GALGAS ESTANDARES

OBTENIDA DEL MANUAL DE INGENIERO MECANICO MARKS

TABLA No. 1

CALIBRENo.

Plg.t

mm

34567

8910111213141516171819

20212223242526272829303132333435363738

0.23910.22420.20920.19430.1793

0.16440.14950.13450.11960.10460.08970.07870.06730.05980.05380.04780.0418

0.03590.03290.02990.02690.02390.02090.01790.01640.01490.01350.01200.01050.00970.00900.00820.00750.00670.00640.0060

6.075.695.314.944.56

4.183.803.413.042.662.282.001.711.521.371.211.06

0.910.840.760.680.610.530.450.410.380.340.3050.2670.2460.2290.2080.1900.1700.1630.152


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ADAPTADO DE BASIC DIEMAKING POR LA NATIONAL TOOL.

TABLA No. 2


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RESISTENCIA AL CORTE DE ALGUNOS MATERIALES Kg. / mm

OBTENIDA DEL LIBRO DISEO Y CONSTRUCCIN DE PARTES DEMAQUINAS Y ADITAMENTOS.

TABLA No. 3

MATERIALESRESISTENCIAAL CORTE S

ALUMINIO S 0ALUMINIO 2 S DUROALUMINIO 24 S DUROALUMINIO 24 S TALUMINIO 52 S - DUROASBESTO (LAMINA)

LATON ROLADO EN LAMINA O TIRA ( SUAVE )LATON ROLADO EN LAMINA O TIRA ( DURO )LATON ROLADO EN LAMINA O TIRA ( DURO )LATON ROLADO TIPO MUELLE ( TEMPLADO )BRONCE FOSFORADO LAMINA ( SUAVIZADO )BRONCE PARA MUELLE ( TEMPLADO )COBRE ( SUAVE )COBRE ( DURO )FIBRA ( DURA )ORO 14 KILATES ( SUAVE )ACERO ( SUAVE )ACERO PLACA PARA CALDERA

SILICONACERO INOXIDABLE 18 8 ( SUAVIZADO )ACERO PARA NAVAJA O CUCHILLO ( DURO )ACERO PARA NAVAJA O CUCHILLO ( DURO )ACERO PARA CUCHARA Y TENEDORACERO PARA TROQUELADO O DOBLEZ PROFUNDAACERO S.A.E 1010 ( ROLADO EN FRIO )ACERO S.A.E 1020 ( ROLADO EN FRIO )ACERO S.A.E 1030 ( ROLADO EN FRIO )ACERO S.A.E 1020 ( ROLADO EN FRIO )

7.448.52513. 9531.77516.2753.1

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