Selección de aceros para herramientas para conformado en frío y extrusión
Los troqueles de conformado en frío y extrusión soportan tensiones tribológicas y mecánicas extremas. El proceso logra el desplazamiento del metal mediante flujo plástico bajo presiones transitorias no uniformes, con presiones internas del troquel que normalmente superan los 1895 MPa (275 ksi) y presiones del punzón que alcanzan hasta 2370 MPa (344 ksi).
Bajo estas condiciones de operación, los modos principales de falla incluyen desgaste abrasivo, fractura, abultamiento o pandeo y fatiga de alto ciclo. Para soportar altas presiones unitarias y prevenir el enclavamiento entre la pieza y la herramienta, se deben seleccionar aceros para herramientas de trabajo en frío que superen los grados estándar, como DC53 y acero rápido M2—. Estos grados exhiben altos límites elásticos a la compresión y resistencias a la fatiga, resistiendo eficazmente la deformación permanente y retrasando la iniciación de grietas.
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Estrategia de selección de materiales
Los materiales para herramientas de conformado en frío de servicio pesado se seleccionan típicamente de acero rápido M2 (HSS) y aceros para herramientas de trabajo en frío de alto rendimiento, como el DC53.
M2 (HSS): Cuando las cargas de compresión superan el límite elástico del D2, seleccione M2 para punzones y troqueles. Este grado de acero ofrece un alto límite elástico a la compresión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una presión de herramienta superior a 2100 MPa. Además, el M2 exhibe dureza al rojo, contrarrestando los efectos del calentamiento adiabático en las herramientas durante la extrusión rápida.
DC53 (8% Cr): Para aplicaciones donde el D2 falla debido a desportillado o agrietamiento, seleccione DC53 (8% Cr modificado). Sus carburos finamente distribuidos proporcionan una tenacidad superior al D2 mientras mantienen una dureza de 62–64 HRC, mejorando la resistencia al desgaste adhesivo y al rayado en las superficies de contacto metálico.
Tratamiento térmico y resistencia a la compresión
Las propiedades del acero para herramientas están determinadas por el tratamiento térmico. Para prevenir la deformación plástica, la dureza del acero para herramientas debe asegurar que su límite elástico supere la tensión del proceso aplicado. El acero rápido y el DC53 requieren revenido a alta temperatura para promover la transformación completa de la austenita retenida. Si la transformación es incompleta, la austenita retenida puede sufrir una transformación de fase inducida por deformación bajo tensión cíclica, convirtiéndose en martensita sin revenir. Esto conduce a inestabilidad dimensional y fragilización de la herramienta.
Tabla comparativa
| Grado de acero | Resistencia a la compresión | Tenacidad | Fatigue Resistance | Aplicación típica |
| M2 (SKH51) | Muy alto (>2200 MPa) | Moderado/Bueno | Excelente (Alto límite elástico) | Punzones de extrusión de servicio pesado, troqueles de laminado de roscas, |
| DC53 | Alto (Superior al D2) | Alto (Carburos más finos que el D2) | Alto (Resiste el microdesportillado) | Troqueles de recalcado en frío, estampado de alta carga, troqueles de recorte |
| D2 (1,2379) | Moderado/Alto (hasta 2000 MPa) | Bajo (Propenso al desportillado) | Moderado (limitado por carburos gruesos) | Conformado de uso general, troqueles de troquelado |
Preguntas frecuentes
Los modos principales de falla incluyen desgaste abrasivo, fractura, abultamiento y falla por fatiga de alto ciclo debido a presiones transitorias no uniformes. Los troqueles de laminado de roscas también pueden experimentar descamación y desportillado en la cresta de la rosca.
El acero rápido M2 es adecuado para aplicaciones con presiones de herramienta superiores a 2100 MPa. Ofrece un alto límite elástico a la compresión y exhibe dureza al rojo para contrarrestar los efectos del calentamiento adiabático durante la extrusión rápida.
Seleccione DC53 cuando el D2 falle debido a desportillado o agrietamiento. El DC53 presenta carburos finamente distribuidos que proporcionan una tenacidad superior en comparación con el D2 mientras mantiene una dureza de 62–64 HRC.
La dureza superficial debe superar los 60 HRC para resistir el rayado. Además, el núcleo requiere alta tenacidad al impacto para inhibir la propagación de grietas causada por las tensiones de impacto durante el abultamiento de alambre o barra.
El acero del troquel debe resistir las tensiones de cizallamiento subsuperficiales para suprimir la iniciación de grietas. Para aleaciones endurecidas por trabajo, asegúrese de que la dureza del troquel supere los 64 HRC para mantener las tolerancias del perfil de rosca y prevenir el desportillado de los bordes.
El revenido a alta temperatura promueve la transformación completa de la austenita retenida. Si es incompleta, la austenita retenida puede convertirse en martensita sin revenir bajo tensión, lo que conduce a inestabilidad dimensional y fragilización de la herramienta.
Los insertos de troquel típicamente se preesfuerzan mediante un anillo de contracción para suprimir el agrietamiento causado por los ciclos de presión interna. Los insertos requieren alta resistencia a la fatiga para soportar las tensiones radiales y circunferenciales generadas durante la operación.