Selección de aceros para herramientas en conformado en frío y extrusión
Las matrices de conformado en frío y extrusión soportan esfuerzos tribológicos y mecánicos extremos. El proceso logra el desplazamiento del metal mediante flujo plástico bajo presiones transitorias no uniformes, con presiones internas de la matriz que suelen superar los 1895 MPa (275 ksi) y presiones del punzón que alcanzan hasta los 2370 MPa (344 ksi).
Bajo estas condiciones de operación, los principales modos de falla incluyen desgaste abrasivo, fractura, recalcado o abultamiento y fatiga de alto ciclo. Para soportar altas presiones unitarias y evitar el enclavamiento entre la pieza de trabajo y la herramienta, se utilizan aceros para herramientas de trabajo en frío que superan los grados estándar, como DC53 y Acero de alta velocidad M2—deberían seleccionarse. Estos grados presentan una alta resistencia a la compresión y 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 alta resistencia suelen seleccionarse entre 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 la resistencia a la fluencia de D2, Seleccione M2 para punzones y matrices. Este grado de acero ofrece una alta resistencia a la compresión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una presión de herramienta superior a 2100 MPa. Además, el M2 presenta dureza roja, lo que contrarresta los efectos del calentamiento adiabático en las herramientas durante la extrusión rápida.
DC53 (8% Cr): Para aplicaciones donde el D2 falla debido a astillamiento o agrietamiento, seleccione DC53 (8% Cr modificado). Sus carburos finamente distribuidos proporcionan una tenacidad superior a la del D2, manteniendo una dureza de 62–64 HRC, lo que mejora la resistencia al desgaste adhesivo y al rayado en superficies metálicas en contacto.
Tratamiento térmico y resistencia a la compresión
Las propiedades del acero para herramientas se determinan mediante tratamiento térmico. Para evitar la deformación plástica, la dureza del acero debe garantizar que su límite elástico supere la tensión aplicada durante el proceso. El acero de alta velocidad y el DC53 requieren un 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 tensión cíclica, convirtiéndose en martensita sin revenir. Esto provoca inestabilidad dimensional y fragilización de la herramienta.
Tabla comparativa
| Grado de acero | Resistencia a la compresión | Dureza | Resistencia a la fatiga | Aplicación típica |
| M2 (SKH51) | Muy alta (>2200 MPa) | Moderado/Bueno | Excelente (Alto límite elástico) | Punzones de extrusión de alta resistencia, matrices de laminado de roscas, |
| DC53 | Alto (Superior a D2) | Alto (Carburos más finos que el D2) | Alto (Resiste la microinyección) | Troqueles de conformado en frío, estampado de alta carga, troqueles de recorte |
| D2 (1.2379) | Moderado/Alto (hasta 2000 MPa) | Bajo (propenso a astillarse) | Moderado (limitado por carburos gruesos) | Troqueles de conformado y troquelado de uso general |
Preguntas frecuentes
Los principales modos de fallo incluyen el desgaste abrasivo, la fractura, la deformación y la fatiga de alto ciclo debido a presiones transitorias no uniformes. Las matrices de laminado de roscas también pueden sufrir descamación y astillamiento en la cresta de la rosca.
El acero rápido M2 es adecuado para aplicaciones con presiones de herramienta superiores a 2100 MPa. Ofrece una alta resistencia a la compresión y presenta dureza en rojo para contrarrestar los efectos del calentamiento adiabático durante la extrusión rápida.
Seleccione DC53 cuando D2 falle debido a astillamiento o agrietamiento. DC53 presenta carburos finamente distribuidos que proporcionan una tenacidad superior en comparación con D2, manteniendo una dureza de 62–64 HRC.
La dureza superficial debe superar los 60 HRC para resistir el rayado. Además, el núcleo requiere una alta tenacidad al impacto para inhibir la propagación de grietas causada por las tensiones de impacto durante el recalcado del alambre o la barra.
El acero del troquel debe resistir esfuerzos cortantes subsuperficiales para evitar la formación de grietas. En el caso de aleaciones endurecidas por deformación, asegúrese de que la dureza del troquel supere los 64 HRC para mantener las tolerancias del perfil de la rosca y prevenir el astillamiento de los bordes.
El revenido a alta temperatura favorece la transformación completa de la austenita retenida. Si esta transformación es incompleta, la austenita retenida puede convertirse en martensita sin revenir bajo tensión, lo que provoca inestabilidad dimensional y fragilización de la herramienta.
Los insertos de la matriz suelen someterse a una precarga mediante un anillo de contracción para evitar el agrietamiento causado por los ciclos de presión internos. Estos insertos requieren una alta resistencia a la fatiga para soportar las tensiones radiales y circunferenciales generadas durante el funcionamiento.