Selección de aceros para herramientas en matrices de conformado en frío
El conformado en frío es un proceso de conformado en masa que se utiliza para producir componentes de gran volumen, como sujetadores, mediante deformación plástica a temperatura ambiente. Los troqueles se someten a cargas de impacto cíclicas y esfuerzos de compresión de hasta aproximadamente 2413 MPa (350 ksi).
Aunque se clasifica como un proceso en frío, las temperaturas localizadas en la interfaz entre la matriz y la pieza de trabajo pueden aumentar varios cientos de grados Celsius debido a la energía de deformación y la fricción. Esto afecta la dureza de la superficie y acelera el desgaste.
En estas condiciones, la falla del troquel se debe principalmente al desgaste abrasivo, el agarrotamiento adhesivo y el agrietamiento por fatiga. En aplicaciones de alta carga, una tenacidad insuficiente provoca el astillamiento de los bordes o una fractura frágil repentina.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas utilizado en matrices de forjado en frío viene determinada por la interacción entre la resistencia al desgaste, la tenacidad y la resistencia a la compresión.
Se requiere una alta dureza superficial para resistir la abrasión, la adhesión y la deformación plástica. En la mayoría de las aplicaciones, la dureza de trabajo oscila entre 56 y 62 HRC. Sin embargo, un aumento de la dureza reduce la tenacidad, lo que incrementa el riesgo de agrietamiento bajo impacto cíclico.
En consecuencia, las matrices de forjado en frío no se diseñan como componentes de dureza uniforme. En cambio, su rendimiento depende de un gradiente de dureza: una superficie dura y resistente al desgaste, sostenida por un núcleo más resistente que absorbe la tensión del impacto.
Este requisito se cumple mediante dos enfoques:
Los aceros de endurecimiento superficial desarrollan una superficie dura con un núcleo relativamente resistente durante el tratamiento térmico. Son adecuados para matrices sólidas sometidas a altos impactos.
Los aceros de alta aleación y endurecimiento profundo proporcionan una dureza elevada y uniforme, por lo que se utilizan como insertos, donde una carcasa exterior más resistente soporta la carga mecánica.
Por lo tanto, la selección no solo se basa en el material, sino que también depende de si la matriz está diseñada como una herramienta sólida o como un inserto.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI D2 | 1.2379 | SKD11
El D2 se utiliza en aplicaciones donde el desgaste abrasivo es el mecanismo de falla dominante y la carga de impacto es moderada.
Su alto contenido de carbono y cromo produce un gran volumen de carburos duros, lo que le confiere una gran resistencia al desgaste de 58 a 60 HRC. Sin embargo, su tenacidad relativamente baja lo hace inadecuado para matrices sólidas sometidas a fuertes impactos.
Por este motivo, el D2 se suele utilizar como inserto, donde la estructura circundante del troquel absorbe la carga.
S1 y S7 (Aceros para herramientas resistentes a los impactos)
Se seleccionan S1 y S7 cuando la fractura inducida por impacto es el modo de fallo dominante.
El acero S7 se utiliza ampliamente debido a su comportamiento de endurecimiento al aire y su tenacidad estable. Generalmente se emplea con una dureza de 56 a 58 HRC para reducir el riesgo de agrietamiento por impacto. En comparación con aceros de mayor dureza, ofrece menor resistencia al desgaste, pero una resistencia significativamente mayor a la fractura por fatiga.
El acero inoxidable S1 es el material preferido en matrices con concentración de tensiones, donde se debe controlar la iniciación de grietas.
Estos aceros son adecuados para matrices sólidas que operan en condiciones de impacto severas, donde el desgaste no es el factor limitante principal.
Acero para herramientas AISI M2 | 1.3343 | SKH51
El M2 se utiliza en aplicaciones de alta carga que implican un desgaste severo, una alta tensión de contacto o materiales que se endurecen por deformación.
Ofrece mayor resistencia a la compresión y al desgaste que el acero D2, y se suele utilizar con una dureza de 62 a 64 HRC. A diferencia de los aceros convencionales para trabajo en frío, el M2 mantiene su dureza a temperaturas elevadas, lo que ayuda a prevenir el ablandamiento de la superficie y la deformación plástica durante el conformado a alta velocidad.
Debido a su coste, el M2 se utiliza principalmente como inserto en zonas de desgaste críticas.
W1 y W2 (Aceros para herramientas endurecibles por agua)
Los aceros W1 y W2 son aceros de endurecimiento superficial que se utilizan para punzones y matrices sólidas sometidas a cargas de alto impacto.
Pueden alcanzar una dureza superficial superior a 60 HRC manteniendo un núcleo más resistente, gracias a su templabilidad limitada. Esta estructura permite que el troquel absorba el impacto sin agrietarse.
Sin embargo, el enfriamiento rápido con agua conlleva un alto riesgo de deformación y agrietamiento, lo que limita su uso a geometrías simples y secciones más pequeñas.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Función de selección principal |
| W1 / W2 | Superficie: 60+ HRC / Núcleo: 40–50 HRC | Troqueles sólidos sometidos a alto impacto con geometría simple |
| S1 / S7 | 56-58 HRC | Los troqueles sólidos requieren máxima resistencia al impacto y a la fatiga. |
| D2 | 58–60 HRC | Insertos para aplicaciones con predominio de desgaste |
| M2 | 62–64 HRC | Insertos para condiciones de alta carga, alto desgaste y ablandamiento térmico. |