¿Cuándo se considera estampadode alta velocidad? Lo que senombra estampado de alta

velocidad en su compañía, puede queno sea considerado como alta velocidaden otro tipo de industria o empresa. Porejemplo, en la industria electrónica, detornillos o de laminaciones, 500 a 1,200golpes por minuto es una velocidadcomún. Los troqueles progresivos dealta velocidad de piezas metálicas parala industria automotriz suelen trabajarde 50 a 120 golpes por minuto. Lostroqueles de transferencia de altavelocidad que producen piezas grandesde embutido profundo y geometríacompleja para la industria automotrizsuelen trabajar de 15 a 40 golpes porminuto. En este artículo se consideraestampado de alta velocidad a procesosde estampado que trabajan a unavelocidad de 100 golpes por minuto omayor.

Por lo anterior es difícil llegar a unacuerdo tomando únicamente comoreferencia los golpes por minuto, en loque si se puede estar de acuerdo es quetodos los procesos de estampado de altavelocidad requieren característicasespeciales debida a la gran velocidad.

El formar y cortar más rápido unaláminametálica requiere de fuerzas másgrandes. El aumento en la fuerzarequerida para formar, punzonar y cortara altas velocidades crea problemas en los

troqueles progresivos y de transferenciatales como: alimentación dematerial,retiro de sobrantes, deflexión excesiva deltroquel, perjuicio del acomodo de laspiezas e incrementándose la fuerza depenetración que puede llegar a dañartroqueles y, en algunos casos, hasta lasprensas.

El punzonado puede fallar enestampados de alta velocidad si no serealiza un diseño adecuado. Un diseñotradicional utiliza el 5% del espesor delmaterial por lado como luz de corte.Con esta cantidad de luz de corte seobtiene una altura de rebaba aceptabley se logra un buen control del sobrante.En estampado de alta velocidad esta luzde corte tan estrecha puede dar comoresultado un aumento en los tiemposmuertos, así como incremento delmantenimiento del troquel debido adesgate, fisuras y roturas.

La alta velocidad de la prensaincrementa las fuerzas que actúan sobrela cara del punzón y las fuerzas depenetración (cambio de dirección de lafuerza) que actúan sobre la cabeza delpunzón. El impacto ocurre cuando lacara del punzón hace contacto porprimera vez con el material de la pieza.El punzón se detienemomentáneamente por el contragolpey las deflexiones en el carro móvil de laprensa y la prensa en si sonamortiguadas. Fuerzas de compresión

Peter Ulintz es Encargado de Ingeniería

en Avanzada del Producto para Anchor

Manufacturing Group, Inc., Cleveland,

OH. Ha trabajado en la industria de

conformado de metales desde 1978, su

experiencia previa incluye fabricación

de herramientas y troqueles, Ingeniería

de Herramentales, Gerente de

Ingeniería, Planeación Avanzada de

Procesos y Desarrollo de Producto.

UIintz ha sido conferencista de

seminarios, simposios y mesas

redondas para PMA desde 1996,

enfocándose en tecnología de

herramentales, embutido profundo,

simulación de conformado de metales y

solución de problemas de conformado

de metales. Sus trabajos técnicos

publicados incluyen un método de

embutido profundo asistido por

computadora y casos de estudio de

simulaciones de conformado.

Peter Ulintz

pete.ulintz@toolingbydesign.com

www.toolingbydesign.com

Estampado a alta velocidad

Troquelesdesde el diseñoPor: PETER ULINTZ

Presiónsobreel punzón

Impacto Inserción Fractura Penetración Troquel cerrado Retorno

Fig. 1—Proceso de punzonado, cortesía de Dayton Progress.

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se generan de inmediato, enviando unaonda de choque hacia arriba a travésdel punzón y la pieza comienza adeformarse. Con una luz de corteclásica, el material debajo de la cara delpunzón crea ondulaciones conformeeste comprime el material hacia lamatriz. Cuando la presión aplicadaexcede la tensión de fluencia delmaterial, el sobrante se desprenderepentinamente de la pieza. Estadescarga repentina de la presión generaun cambio en la dirección de la fuerzaque puede causar que se desprenda lacabeza del punzón. Al mismo tiempo, elmaterial del nuevo agujero se cierraejerciendo presión sobre los costadosdel punzón. El sobrante que estaba encompresión presenta una recuperaciónelástica hasta la forma de la matriz, lacual lo sujeta con fuerza. Esta serie deeventos se representan en la Fig. 1.

Los punzones se pueden escalonaren su longitud para minimizar la fuerzade impacto total y las fuerzas de

penetración. Creando dos o tres gruposde longitudes de punzón puede reducirla fuerza de impacto y la fuerza depenetración del 30 al 50%. Una técnicacomún es escalonar cada grupo depunzones por una distancia igual algrosor del material. A pesar de que estatécnica reduce la presión de impactoinicial no reduce la presión total. Cadagrupo de punzones se somete a lapresión total de impacto y fuerza depenetración.

Escalonando los punzones a unadistancia igual que el ancho de la bandade corte del agujero – comúnmente unatercera parte del grosor del material – sereduce en granmedida la presión deimpacto y la fuerza de penetración. Estopermite al siguiente juego de punzonesquedar en contacto con el material de lapieza antes de que el primer grupopenetre totalmente el material. La fuerzade penetración del primer juego depunzones es absorbida y utilizada paraempujar el siguiente juego de punzones a

través del material de la pieza.Utilizarúnicamente el ancho de la banda de corteen vez del grosor total del material esimportante en el estampado a altavelocidad, además de reducir la cantidadde penetración de los punzonesdisminuyendo el desgaste.Otro beneficioes que se consiguemás tiempo para queel material sea alimentado, ya que elpunzón recorremenos distancia al estarmás cerca de la cintametálica.

Un agujero punzonado se puedecerrar hasta a 0.05 mm. del contornodel punzón, esto crea un ajuste como deprensa en cada golpe del troquel.Debido al ajuste tan apretado se creafricción que genera calor, debido a lagran velocidad el punzón no tienetiempo para enfriarse entre golpe ygolpe. Se incrementa la temperatura enel punzón causando fisuras y daños portemperatura. Con el tiempo, el desgastepor abrasión entre punzón y matrizresultara excesivo por lo que serequerirá mantenimiento o reparación.

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Investigaciones y pruebashan demostrado mejorasimportantes en la vida útilde los troqueles cuando seincrementa la luz de corteentre punzón y matriz. Laluz de corte probada,comúnmente del 10% porciento por lado,minimiza laaltura de la rebaba al tiempoque incrementa varias vecesla vida útil del troquel.Cuando la luz de corte esusada, el material debajo dela cara del punzón se estira,haciendo que el material se tensione.Cuando el sobrante se fractura, elcontorno del agujero es un poco másgrande que el contorno del punzón(Fig. 2). Esto puede reducir hasta dosterceras partes el desgaste por abrasiónque ocurre cuando se usa la luz de cortetradicional. El efecto colateral al usar10% de luz de corte es que el sobrantequeda suelto dentro de la matriz

causando que el desperdicio se salga alinterior del troquel. Un botador conresorte que actúe en el centro de la caradel punzón y la utilización de un ánguloadecuado de corte pueden resolver lamayoría de los problemas de sobrantesdentro del troquel.

El punzonado de agujeros pequeñosa alta velocidad requiere de especialatención en la selección del acero. Las

operaciones a altavelocidad generanmucho calor además deque se reduce el tiempode contacto entreherramientas por elmismo factor, reduciendoel enfriamiento queproporciona el troquel.Ya que los punzonespequeños tienen menorcapacidad para disiparcalor, éstos sonpropensos asobrecalentamientos. Lo

anterior da como resultado que lospunzones pierdan dureza, reduzcan suresistencia al desgaste y pierdandimensiones. Aceros de alta velocidad ode alta aleación para troqueles como elM2 y el CPM-10V son templados atemperaturas arriba de los 540 °C,dándoles resistencia a altas temperaturaspor encima del A2 y D2 en procesos aalta velocidad. MF

Troqueles desde el diseño

Luz de cortetradicional

Luz de corte investigaday probada

Ajuste aprensa

Retención desobrantes

Sobrantesuelto

Ajusteholgado

0.762 mm.ref.

Fig. 2—Los efectos de la luz de corte, cortesía de Dayton Progress.

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