Holgura de matriz y fuerza de corte en utillaje de prensa
La holgura entre punzón y matriz determina el borde cortado, la rebaba, la vida de la matriz y el tonelaje que debe entregar la prensa. Esta página recopila los rangos de holgura que la fuente indica para materiales de chapa comunes, las fórmulas detrás de la fuerza de corte, de extracción y lateral, y las decisiones de diseño que reducen el tonelaje máximo.
| Material de trabajo | Holgura por lado | Qué esperar |
|---|---|---|
| Acero dulce | 5 a 12 por ciento | La banda más amplia de los materiales comunes. Aumentar la holgura dentro de la banda reduce la fuerza de corte y alarga la corrida entre reafilados, con la altura de rebaba y la conicidad del borde como límites. |
| Aluminio, latón, aceros laminados en frío de calidad para embutición | 9 a 11 por ciento | El material blando funciona mejor en el centro de su banda. |
| Acero laminado en frío de bajo carbono, laminado en caliente decapado y aceitado, cobre CDA 110, latón endurecido | 12 a 13 por ciento | Estos materiales funcionan mejor en el extremo superior del rango del acero dulce. |
| Acero de mayor carbono y acero inoxidable recocido | 14 por ciento | El material más duro necesita más espacio para que avance la trayectoria de fractura. |
| Material endurecido | Por encima de los valores indicados | El material endurecido necesita holgura adicional entre punzón y matriz. |
Fuente: Fundamentals of Tool Design, 6.ª edición (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8. Trate las cifras como puntos de partida. La fuente señala que llevar la holgura a su mejor valor para un material dado puede requerir cierta experimentación.
- Los valores de holgura son por lado. La holgura física entre punzón y matriz es el doble de la cifra indicada.
- Un borde cortado con una holgura normal presenta aproximadamente un tercio de borde cizallado y dos tercios de borde fracturado, tanto en la pieza como en el recorte.
| Banda de holgura | Lo que da | Lo que cuesta |
|---|---|---|
| Ajustada, 3 a 5 por ciento por lado | Menos conicidad en el borde cortado y menos recortes arrastrados hacia arriba fuera de la abertura de la matriz | Mayores fuerzas de corte y tendencia a la doble rotura, particularmente en material grueso |
| Generosa, 7 a 25 por ciento por lado | Mayor vida del punzón y la matriz entre reafilados, menores fuerzas de corte y sin doble rotura | Se hace necesario un extractor de recortes, y el borde cortado presenta más conicidad y mayor altura de rebaba |
La doble rotura y cómo se resuelve
La doble rotura aparece cuando la holgura es demasiado ajustada. La fractura comienza desde cada lado, las trayectorias no se encuentran de manera uniforme y el borde queda irregular con zonas brillantes secundarias dentro del agujero o en el recorte. La solución habitual es más holgura, a menudo obtenida haciendo el punzón más pequeño, lo que mantiene tanto el tamaño del agujero como el tamaño de la pieza. Los aceros blandos pueden necesitar 12 a 15 por ciento por lado, y las piezas gruesas ocasionalmente 25 por ciento. La porción fracturada del borde cortado presenta entonces una conicidad pronunciada.
Una holgura generosa también aumenta la fuerza lateral sobre el punzón y la matriz, lo que puede acortar la vida del utillaje. La ventana entre un borde limpio y un utillaje de larga vida generalmente se encuentra en la prensa y no en el papel.
| La parte que importa | Miembro fabricado a medida | Dónde va la holgura |
|---|---|---|
| El recorte punzonado se convierte en la pieza | Abertura de la matriz, fabricada al tamaño de la pieza o del recorte | Se resta del punzón |
| La abertura punzonada es funcional | Punzón, fabricado al tamaño del agujero | Se suma a la abertura de la matriz |
Dónde encaja esto en el taller
Para una arandela, los dos casos se presentan en la misma pieza. El diámetro exterior es un recorte, por lo que la matriz se fabrica a medida y el punzón la sigue. El agujero es funcional, por lo que el punzón se fabrica a medida y la abertura de la matriz lo sigue. Un plano que no indica qué característica es el producto deja la decisión al taller.
El grado al que recurre un taller para este tipo de utillaje se trata en la página de selección para matrices de troquelado y punzonado.
| Cantidad | Fórmula | Notas de trabajo |
|---|---|---|
| Fuerza de corte máxima | Fs = L × t × Ss | L es la longitud total de corte, t el espesor del material, y Ss la resistencia al corte. La resistencia al corte es típicamente del 60 al 80 por ciento de la resistencia a la tracción última. |
| Fuerza de extracción | F = L × T × 1.5, F en toneladas, L y T en pulgadas | Una aproximación aproximada. La cifra real varía con el área de metal en contacto con el punzón, la holgura, el filo del punzón y la posición de los resortes del extractor. |
| Fuerza de extracción, métrica | F = L × T × 20,600, F en kN, L y T en metros | La fuente indica L y T en milímetros frente a este coeficiente. El coeficiente concuerda con la regla imperial en 20,600 kN por metro cuadrado, que es aproximadamente 20.6 MPa de área de corte, por lo que la forma métrica se lee con L y T en metros. |
| Fuerza lateral | FH = FV × C / (T − P) | C es la holgura, T el espesor del material, y FV la fuerza de corte. P es la penetración, típicamente 0.33 × T. |
| Tonnage de la prensa | Suma de todas las fuerzas en la carrera | Sume la fuerza de extracción donde se utilice un extractor con resorte, porque sus resortes se comprimen durante el corte, y sume la presión de resorte para conformado, almohadillas de estirado y elementos similares. |
- El cálculo de la fuerza de corte no considera ángulos de cizallamiento ni el momento de entrada del punzón, lo que deja un factor de seguridad dentro del resultado. El acero laminado en frío AISI SAE 1010 tiene una resistencia a la tracción última aproximada de 56,000 psi (386 MPa) y una resistencia al corte de 42,000 psi (290 MPa). La resistencia al corte aumenta a las altas velocidades de deformación del trabajo de prensa, y la resistencia a la tracción última es la base más segura para la estimación.
- En el trabajo con troquel progresivo, la longitud de corte debe incluir cada agujero piloto y todo el corte realizado en la tira portadora. El acero para herramientas para esa clase de troquel se detalla en la página de selección de troqueles progresivos.
Por qué la alineación importa tanto como el tonnage
Para agujeros redondos y simétricos, las fuerzas laterales se equilibran, aunque el troquel aún debe soportar la carga de expansión. El muescado, el cizallamiento y otros cortes desequilibrados ponen toda la carga lateral en el sistema de alineación, y la presión puede exceder la fuerza de la prensa por un factor de tres o más. A medida que crece la deflexión del punzón, la holgura crece con ella, y la fuerza lateral vuelve a crecer. Los pasadores guía y los bloques de tope existen para mantener esa deflexión dentro de límites aceptables.
| Movimiento | Qué hace | Detalle que vale la pena conocer |
|---|---|---|
| Escalonar los punzones en longitud | Los punzones que difieren en longitud en un tercio del espesor del material cortan en secuencia. Tres punzones idénticos escalonados de esta manera necesitan aproximadamente un tercio del tonnage de un corte simultáneo. | El escalonado también distribuye la carga a lo largo de la carrera, lo que suaviza el choque en el momento de la ruptura. |
| Rectificar cizallamiento en el punzón o en el troquel | Un cizallamiento igual a un tercio del espesor del material reduce el tonnage en aproximadamente un 50 por ciento sobre el área que lo soporta. | Coloque el cizallamiento en el miembro que contacta la chatarra, para que la deformación se mantenga alejada de la pieza. En el punzonado, el corte va desde las extremidades exteriores del contorno hacia el centro. |
Snap-through
El fuerte estruendo en la ruptura es energía almacenada en la prensa y el troquel liberándose de una vez. Las prensas no están diseñadas para soportar carga inversa por encima de aproximadamente el 10 por ciento de su capacidad, y el choque puede aflojar los componentes del troquel. El objetivo de la sincronización de punzones y el cizallamiento del troquel es una liberación gradual del tonnage. Los límites son el tonnage que la prensa puede soportar por encima del fondo de su carrera, y la energía del volante disponible por carrera.
Encontrar el punto
El centro de presión es el punto en el que las fuerzas de cizallamiento se equilibran. Es el centro de gravedad de la línea que forma el perímetro de la pieza en bruto, no el centro de gravedad del área dentro de ella. Se encuentra a partir de la longitud de cada elemento de borde de corte y la distancia de cada elemento desde dos ejes trazados en el dibujo, y el mismo procedimiento cubre cualquier contorno.
El cálculo completo es tedioso, y un resultado dentro de aproximadamente 0.5 in. (12.7 mm) del punto verdadero normalmente es suficientemente cercano. Un método rápido es doblar un alambre blando al contorno de la pieza en bruto y equilibrar el marco sobre un lápiz en dos direcciones. El software CAD devuelve la misma información. La herramienta se monta entonces de modo que el centro de presión se asiente sobre el eje central del ariete. La fuente menciona el corte fino entre los trabajos donde esto importa más, y el acero para herramientas para esos troqueles es una discusión aparte en la página de selección de troqueles de corte fino.
Qué soporta el acero del troquel
Las herramientas de prensa se desgastan en los bordes del punzón y la abertura del troquel, y soportan la carga lateral que crece con la holgura. La resistencia al desgaste decide la mayoría de los troqueles de producción larga, y la tenacidad decide las herramientas que se desportillan antes de desgastarse. D2 y su familia cubren el lado del desgaste, y O1 cubre el trabajo general de prensa a menor costo.
Donde la rotura es el límite
El material grueso, los cortes desequilibrados y las prensas ajustadas mueven la decisión del desgaste a la resistencia al impacto. Los grados resistentes al choque ceden algo de resistencia al desgaste para comprar tenacidad, y S7 es el nombre común en ese grupo. Los modos de falla detrás de la elección se recopilan en la página de resistencia al desportillado.
La holgura tiene que sobrevivir al tratamiento térmico
Una holgura rectificada en un troquel solo se mantiene si la herramienta conserva su tamaño a través del temple y el revenido. El movimiento que cada grado experimenta durante el tratamiento, y las formas de planificarlo, se exponen en la página de cambio dimensional en el tratamiento térmico.
El lado del material del mismo trabajo
La holgura y el tonnage se asientan sobre una decisión de grado. El volumen de producción, el espesor del material, la carga de impacto y la estabilidad dimensional son las entradas, y la forma en que se asignan a los grados se desarrolla en la página de troqueles de estampado, troquelado y punzonado.
Confirmar antes de cotizar
Estas cifras son solo para referencia general. La holgura, el tonnage y la condición del borde varían con el material, el lote, la condición de la herramienta y la prensa. Confirme con su propia prueba o contacte a Aobo Steel.
Páginas de referencia relacionadas
Cold work tool steels · Holgura y radios de embutición profunda · Retroceso elástico y margen de doblado · Tabla de clasificación de maquinabilidad · Hardness conversion · Tool steel supply
Fuentes: Fundamentals of Tool Design, Sixth Edition (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8, las secciones de holgura, fuerzas, reducción de fuerzas de corte y centro de presión, con las Figuras 8-2 a 8-10. Datos de referencia solo para comparación. Confirme la holgura, la capacidad de la prensa y el estado de la herramienta con su taller de matrices antes de la producción. Aobo Steel suministra acero para herramientas en condición recocida.