Selección de Acero para Herramientas en Dados de Hidroconformado
El hidroconformado es un proceso de conformado a alta presión en el que un fluido —generalmente una emulsión de aceite y agua— fuerza la entrada de láminas o tubos en la cavidad de una matriz. Las presiones internas suelen superar los 200 MPa (30 ksi), generando fuerzas de ruptura y cargas de sujeción en la matriz. Al mismo tiempo, el contacto deslizante bajo carga produce cizallamiento por fricción en la superficie de la matriz.
En el hidroconformado en caliente, las temperaturas de la matriz pueden alcanzar hasta 400 °C (750 °F), especialmente al conformar aleaciones de aluminio o magnesio. En estas condiciones, la falla de la matriz suele deberse a deformación plástica, agarrotamiento, desgaste superficial o, a temperaturas elevadas, fatiga térmica.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas utilizado en matrices de hidroconformado se rige por tres riesgos principales: deformación bajo presión, daños superficiales por fricción y fallo estructural bajo carga combinada.
Resistencia a la compresión
El hidroconformado aplica una presión hidrostática sostenida y una fuerza de sujeción axial. El material del molde debe resistir la deformación plástica para mantener la precisión dimensional. Una vez que se produce la fluencia, la geometría del molde se altera permanentemente, lo que provoca desviaciones en la pieza y el rechazo prematuro de la herramienta.
Resistencia al desgaste frente a tenacidad
La fricción entre la pieza de trabajo y la superficie de la matriz provoca desgaste adhesivo (agarre) y abrasión. El aumento de la dureza mejora la resistencia al desgaste, pero reduce la tenacidad. Bajo alta presión interna, pueden desarrollarse tensiones de tracción localizadas, lo que hace que los aceros frágiles sean propensos a agrietarse.
Por lo tanto, la selección debe basarse en el modo de fallo predominante. En condiciones de desgaste, una mayor dureza y un mayor contenido de carburo mejoran la vida útil del troquel. Cuando existe riesgo de agrietamiento, la tenacidad se convierte en el factor limitante.
Pulibilidad
El acabado superficial afecta directamente a la fricción y al flujo del material. Una mala calidad superficial aumenta el desgaste y acelera el daño superficial. Los aceros para herramientas con una microestructura uniforme permiten un pulido estable y una mejor retención de la superficie durante la producción.
Estabilidad térmica
En el hidroconformado en caliente, el acero debe conservar su dureza y resistir la fatiga térmica durante los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. El ablandamiento acelera el desgaste, mientras que una resistencia insuficiente a la fatiga térmica provoca el agrietamiento de la superficie. Esto se vuelve crítico cuando la temperatura de la matriz supera las condiciones típicas del conformado en frío.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI D2 | 1.2379 | SKD11
El acero AISI D2 es un acero para herramientas de trabajo en frío con alto contenido de carbono (aproximadamente 1,51 TP3T) y cromo (aproximadamente 121 TP3T), idóneo para el hidroconformado en frío, donde predominan la fricción y el desgaste. Con una dureza de 60-62 HRC, ofrece una alta resistencia a la abrasión y a la compresión, lo que ayuda a mantener la geometría de la matriz durante largos ciclos de producción.
Su limitación radica en su baja tenacidad debido a su alto contenido de carburo. Bajo alta presión interna o soporte estructural insuficiente, pueden producirse grietas. El acero D2 es más adecuado para diseños de matrices rígidas, condiciones de carga estables y producción en grandes volúmenes, donde el agarrotamiento es el principal modo de fallo.
Acero para herramientas AISI A2 | 1.2363 | SKD12
El acero AISI A2 se elige cuando el riesgo de agrietamiento es innegable. Con una dureza de 57 a 60 HRC, ofrece menor resistencia al desgaste que el D2, pero una tenacidad significativamente mayor. Esto le permite soportar fuerzas de ruptura y concentración de tensiones sin fractura prematura.
Su característica de endurecimiento al aire reduce la distorsión durante el tratamiento térmico, lo cual resulta beneficioso para geometrías de matrices complejas que requieren estabilidad dimensional. El acero A2 es una opción práctica cuando existen riesgos de desgaste y fractura, especialmente en condiciones de carga menos predecibles.
Proveedor de acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
Para el hidroconformado en caliente hasta 400 °C, el acero AISI H13 es la solución estándar. Como acero para herramientas de trabajo en caliente con cromo, mantiene su dureza a temperaturas elevadas y resiste la fatiga térmica.
Con una dureza de 46 a 54 HRC, el acero H13 ofrece menor resistencia al desgaste que los aceros para trabajo en frío, pero mayor tenacidad y resistencia al agrietamiento por calor. Es adecuado para aplicaciones donde se producen ciclos térmicos y cargas de presión simultáneamente, y donde los aceros para trabajo en frío se ablandarían o agrietarían.
Acero para herramientas AISI O1 | 1.2510 | SKS3
El acero AISI O1 se utiliza principalmente para la creación de prototipos o series de producción cortas. Con una dureza de 58-60 HRC, ofrece una resistencia al desgaste moderada y una buena maquinabilidad, lo que permite una fabricación de matrices más rápida y menores costes de utillaje.
Sin embargo, su menor templabilidad y su limitada resistencia al desgaste y a la presión lo hacen inadecuado para series largas o condiciones de carga severas. Se recomienda su uso cuando el costo de las herramientas y el tiempo de entrega son más importantes que la vida útil.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Ventaja primaria | Mejor aplicación |
| AISI D2 | 60–62 HRC | Máxima resistencia al desgaste y al roce. | Hidroformado en frío de alto volumen |
| AISI A2 | 57–60 HRC | Mayor tenacidad, menor riesgo de agrietamiento | Troqueles complejos, alta presión |
| AISI H13 | 46–54 HRC | Resistencia a la fatiga térmica | Hidroconformado en caliente (≤400 °C) |
| AISI O1 | 58–60 HRC | Maquinabilidad y bajo costo | Prototipado y series cortas |