Troquelado - Apuntes estampacion chapa PDF

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Troquelado...

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EL TROQUELADO O ESTAMPADO Se define como troquelado o estampado al conjunto de operaciones con las cuales sin producir viruta, sometemos una lámina plana a ciertas transformaciones a fin de obtener una pieza de forma geométrica propia Este trabajo se realiza con troqueles en máquinas llamadas prensas (generalmente de movimiento rectilíneo alternativo) Las operaciones se subdividen en: a) Corte o Punzonado (se realiza generalmente en frío) b) Doblado y/o Curvado (se realiza generalmente en frío) c) Embutido (puede realizarse en frío o en caliente) El proceso es de alta producción y los materiales más usados son láminas de acero y aleaciones ligeras MANUFACTURA I - TROQUELADO

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EL TROQUELADO O ESTAMPADO

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EL TROQUELADO O ESTAMPADO

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EL TROQUELADO Para definir un ciclo de troquelado, es necesario: 1. Definir la forma de la pieza, que impone cierto número de operaciones, de acuerdo con su complejidad 2. Determinar las dimensiones 3. Conocer el material del que se hará la pieza, su plasticidad y elasticidad 4. La posibilidad de extraer fácilmente la pieza de la matriz.

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CORTE O PUNZONADO El punzonado es la operación de troquelado en la cual con herramientas aptas para el corte se separa una parte metálica de otra.

La lámina, para que pueda ser cortada con punzón de acero templado, debe tener un espesor menor o igual al diámetro del punzón.

Nota: En esta operación el operario no requiere ser calificado. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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CORTE O PUNZONADO

PARTES DE UN TROQUEL SENCILLO DE PUNZONAR A) Punzón - que con su sección define el contorno a cortar B) Matríz C) Guía - para la carrera del punzón D) Guía - para la cinta de lámina a trabajar. NOTA: El filo de corte lo constituye el perímetro exterior del punzón y el perímetro interior de la matriz

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CORTE O PUNZONADO DISPOSICIÓN CORRECTA E INCORRECTA

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CORTE O PUNZONADO DISPOSICIÓN CORRECTA

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CORTE O PUNZONADO DISPOSICIÓN CORRECTA

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CORTE O PUNZONADO DISPOSICIÓN CORRECTA

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CORTE O PUNZONADO DISPOSICIÓN CORRECTA

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SOFTWARE PARA DISPOSICIÓN AUTOMÁTICA .

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CORTE O PUNZONADO Valores mínimos del material que debe quedar alrededor del recorte en láminas de acero (mm) No. Calibre

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12

Valor mínimo (mm) 1.2 1.1 1 1 1.2 1.3 1.6 1.8 2.3 2.8

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ESPECIFICACIÓN DE CALIBRES DE LÁMINAS No. Calibre 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Espesor de lámina en pulg. 0.2391 0.2242 0.2092 0.1943 0.1793 0.1644 0.1495 0.1345 0.1196 0.1046 0.0897 0.0747 0.0673 0.0598 0.0538 0.0478 0.0418 MANUFACTURA I - TROQUELADO

Espesor de lámina en mm. 6.07 5.69 5.29 4.93 4.55 4.17 3.79 3.41 3.03 2.65 2.27 1.89 1.71 1.51 1.36 1.21 1.06 259

ESPECIFICACIÓN DE CALIBRES DE LÁMINAS No. Calibre 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

Espesor de lámina en pulg. 0.0359 0.0329 0.0299 0.0269 0.0239 0.0209 0.0179 0.0164 0.0149 0.0135 0.0120 0.0105 0.0097 0.0090 0.0082 0.0075 0.0067 0.0064 0.0060

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Espesor de lámina en mm. 0.91 0.83 0.76 0.68 0.60 0.53 0.45 0.41 0.37 0.34 0.30 0.26 0.24 0.22 0.20 0.19 0.17 0.16 0.15

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CORTE O PUNZONADO NORMAS PARA EL TRAZADO

En el trazado con el empleo de plantillas es conveniente operar de modo que se desprecie la menor cantidad posible de material. A) Ejemplo de trazado con derroche excesivo de material B) Ejemplo de trazado con menor derroche de material

Es indispensable que el sentido de las fibras en el material trazado sea el correcto, para favorecer la elaboración del mismo sin disminuir la resistencia. Por lo general, las láminas tienen forma rectangular. Las fibras van dispuestas según la dimensión mayor y, así, es fácil establecer su sentido. A) Trazado de piezas 1 y 2, las cuales deben trabajarse según el sentido de las fibras. B y C) Disposición de las fibras de acuerdo con el sentido correcto para el trabajo. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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CORTE O PUNZONADO NORMAS PARA EL TRAZADO

El trazado con plantillas debe ser efectuado de modo que se reproduzca el dibujo de las diversas piezas segun una disposición que consienta una rápida operación de corte. A) Ejemplo de trazado que favorece la operación de corte del material B) Ejemplo de trazado que hace dificultoso el corte de las piezas.

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CORTE O PUNZONADO JUEGO ENTRE PUNZÓN Y MATRIZ

Según Rossi, la holgura debe estar entre 5 y 13% del espesor de la placa; en Inglaterra es normal usar los siguientes valores:

MATERIALES DE LA LÁMINA

HOLGURA ENTRE PUNZÓN Y MATRIZ

Latón Hierro Dulce Acero Dúctil

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0.05 e 0.07 e 0.10 e

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CORTE O PUNZONADO JUEGO ENTRE PUNZÓN Y MATRIZ

Para conseguir perfiles exactos y limpios, habrá que observar, además, las dos reglas siguientes: 1.- Para el corte de perfiles exteriores, la medida de la matriz , será la medida de la pieza (Ejemplo: D) 2.- Para el corte de perfiles interiores, la medida del punzón, será la medida del agujero (Ejemplo: d)

Piezas con cortes exteriores e interiores MANUFACTURA I - TROQUELADO

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CORTE O PUNZONADO ÁNGULO DE ESCAPE

Ángulos de escape en la matríz El ángulo de escape depende fundamentalmente del material, espesor a cortar y del número de cortes. 1. El ángulo que comienza en la arista de corte se usa para metales blandos, como son: plomo,cobre, aluminio, latón y bronce. Este tipo de ángulo no es recomendable debido a la imposibilidad de afilar la matriz 2. El ángulo que comienza despues de una parte recta igual a 2 o 3 veces el espesor de la placa que se quiere cortar, se utiliza para metales duros como el hierro y el acero; los perfiles obtenidos con este ángulo son exactos. 3. A partir de la arista de corte de la matriz y hasta una profundidad de 2 o 3 veces el espesor del material a cortar existe una ligera conicidad, desde lo profundo la conicidad aumenta . Este ángulo es aplicable para corte de metales muy duros, cuyas piezas no requieren contornos precisos.

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CORTE O PUNZONADO FUERZA NECESARIA PARA EL CORTE

p s Q

- Perímetro de la figura ( mm ) - Espesor de la lámina ( mm ) - Fuerza de corte ( N )

R

- Esfuerzo de rotura del material por tensión (N / mm2 )

T

- Esfuerzo de rotura del material por corte (N / mm2 )

Luego: Q=pxs x

T

Considerando el rozamiento Q’ = 1.2 Q MANUFACTURA I - TROQUELADO

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CORTE O PUNZONADO FUERZA NECESARIA PARA EL CORTE

EJEMPLO: Para cortar un agujero de 80 mm de diámetro en una lámina de acero de 0.6 % de Carbono en estado recocido y de 3 mm de espesor, Calcular la fuerza cortante necesaria. SOLUCIÓN: Para este material de tablas Y P=

d=

T

= 548.8 N / mm2

x 80 = 251.2 mm

Luego: y

Q = 251.2 x 3 x 548.8 = 413,575.68 N Q’ = 1.2Q = 496,281.8 N , aprox. 51 ton. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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RESISTENCIA A LA TENSIÓN Y AL CORTE DE LOS MATERIALES LAMINADOS MÁS COMUNES por tensión (N/mm2)

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PROBLEMA DE LA ALINEACIÓN DE LA PRENSA

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CÁLCULO DE LA FUERZA Y DE SU LUGAR DE APLICACIÓN Calcular la fuerza y el lugar de aplicación para el troquelado de la pieza mostrada.

Dirección de alimentación de la lámina

Material: Acero laminado 0.3%C 2 e = 2mm T = 343 N/mm

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DEFINICIÓN DEL CENTROIDE DE LÍNEAS El centroide es un punto que define el centro geométrico de un objeto

x=

L L

x dL dL

y=

L L

y dL dL

z=

L L

z dL dL

Notar que en todos los casos anteriores la localización C no necesariamente estará dentro del objeto; sino que puede situarse en el espacio del exterior del objeto. También , los centroides de algunas formas pueden especificarse parcial o completamente usando condiciones de simetría. En los casos en que la forma tiene un eje de simetría, el centroide de la forma estará a lo largo del eje. Por ejemplo, el centroide C para la línea mostrada en la figura derecha debe estar sobre el eje y, ya que para cada elemento diferencial de longitud dL a distancia +x a la derecha del eje y, hay un elemento idéntico a distancia - x a la izquierda. El momento total para los elementos en torno al eje de simetría, por tanto, se cancelará; esto es, xdL = 0, demanera que x = 0. En los casos en que una figura tiene 2 o 3 ejes de simetría, se deduce que el centroide estará en la intersección de los tres ejeS. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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CENTROIDES COMUNES

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EJERCICIOS DE PUNZONADO 1. Para la pieza ilustrada calcula: a) El valor de a b) El valor de b c) Ancho de lámina a utilizar 2. Para la pieza mostrada calcula: a) La cantidad de piezas que pueden troquelarse en una lámina de 8 pies de longitud b) El % total de desperdicio de lámina

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EJERCICIOS DE PUNZONADO 3. Para las piezas mostradas en la siguiente página y que se producirán en gran serie (el material llegará en bobinas) se pide: a) Diseñar la disposición de la pieza para ser punzonada de tal forma que se minimice el desperdicio. b) Calcular el % de desperdicio de material c) Calcular la fuerza de punzonado d) Calcular el lugar de aplicación de la fuerza (definir cuáles son los ejes x,y de referencia a utilizar) Nota: Se producirá una pieza por cada golpe de la prensa. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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EJERCICIOS DE PUNZONADO

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EJERCICIOS DE PUNZONADO

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OPERACIONES DE CORTE CARACTERÍSTICAS

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DOBLADO Y/O CURVADO CARACTERÍSTICAS

El doblado es la operación mas sencilla después de la del corte o punzonado. Es necesario tener en cuenta: 1. El radio de curvatura: Se recomienda que el radio de curvatura interior sea mayor o igual que el espesor de la lámina con el fin de no estirar excesivamente la fibra exterior causando su ruptura.

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DOBLADO Y/O CURVADO CARACTERÍSTICAS

2. Elasticidad del material: la pieza tiende a recuperar su forma natural.

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DOBLADO Y CURVADO COMBATE DEL RETORNO ELÁSTICO

a) y b) c) d) e) f)

sobredoblado deformación plástica en el doblez (láminas gruesas) compresión del doblez doblez con estirado doblez a alta temperatura (disminuye el punto de cedencia) MANUFACTURA I - TROQUELADO

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DOBLADO Y/O CURVADO DIVERSAS GEOMETRÍAS

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DOBLADO Y/O CURVADO TROQUEL CON MATRIZ DE ACERO

TROQUEL CON MATRIZ DE URETANO

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DOBLADO Y/O CURVADO VARIOS TIPOS DE TROQUELES DE DOBLAR

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DOBLADO Y/O CURVADO TROQUEL PARA PUNZONAR, CORTAR Y DOBLAR

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DOBLADO Y/O CURVADO TROQUEL PARA PUNZONAR, CORTAR Y DOBLAR

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DOBLADO Y/O CURVADO CÁLCULO DEL DESARROLLO EN EL PLANO

El desarrollo en el plano de una lámina doblada se calcula según el plano neutro de la misma lámina (el plano neutro no sufre variación de longitud en la operación de doblado.) En el caso de doblado, no siempre el plano neutro se halla en la mitad del espesor, sino que puede resultar desplazado hacia el centro de la curvatura en relación con el espesor de la lámina. Experimentalmente se ha observado que la distancia “y” del plano neutro a la superficie interior de la curva viene a ser igual a la mitad del espesor S de la lámina cuando ésta no supera 1mm: Para s < 1mm, y = 1/2 s Para espesores mayores habrá que calcular “y” de la tabla de la siguiente página. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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DOBLADO Y/O CURVADO EJEMPLO DE CÁLCULO PARA UN DOBLADO A 90°

Conociendo la longitud que han de tener las alas A y B, y el radio de curvatura r; la longitud total L desarrollada (que es la que hay que cortar en la lámina) vendrá dada por: L = A + B + (2 ( r + y)) / 4 En caso de que el ángulo de doblado fuese distinto de 90°, la fórmula sería L = A + B + (2 ( r + y)) ((180 - ) / 360), siendo el ángulo de doblado. El valor de “y” puede tomarse de la tabla siguiente: r/s 10 5 2 1.5 1 0.5 0.2

y 0.489 0.476 0.455 0.437 0.420 0.3775 0.3000

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En esta tabla el valor de la columna Y es el coeficiente por el que hay que multiplicar s para obtener “y”

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DOBLADO Y/O CURVADO

MÉTODO ALTERNO PARA EL CÁLCULO DEL DESARROLLO DE UNA PIEZA DOBLADA A 90° L = (A + r + s) + (B + r + s) - 2(r+s) + ( /2)(r+y) L = A1 + B1 - [ 2(r + s) - ( /2)(r+y) ] y llamando K = 2(r + s) - ( /2)(r+y) Para un doblez a 90°: L = A1 + B1 - K Para dos dobleces a 90°: L = A1 + B1 + C1 - 2K Para tres dobleces a 90° L = A1 + B1 + C1 + D1 - 3K El valor de K se obtiene de la tabla de la siguiente página. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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DOBLADO Y/O CURVADO .

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DOBLADO Y/O CURVADO Ejemplo: Calcular el desarrollo de la figura. 1er. Método Para r/s = 3/2 = 1.5

y = 0.437 s y = 0.874 mm

Luego: L = 25 + 30 + ( /2 ( 3 + 0.874)) = 61.08mm

2do. Método Para s = 2 y r = 1.5s K = 3.92 Luego: L = 30 + 35 - 3.92 = 61.08 mm MANUFACTURA I - TROQUELADO

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SOFTWARE PARA DESARROLLO AUTOMÁTICO

Dos dimensiones

Tres dimensiones

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EJERCICIOS DE DOBLADO 1. Para las piezas mostradas calcula la longitud de la lámina desarrollada a)

b)

c)

d)

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EJERCICIOS DE DOBLADO 2. Para las piezas mostradas calcula y dibuja la geometría de su desarrollo (plano)

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DOBLADO Y/O CURVADO VARIANTES

CURVADO

ARROLLADO

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DOBLADO Y/O CURVADO VARIANTES

BORDONADO

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DOBLADO Y/O CURVADO VARIANTES

ENGRAPADO

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DOBLADO Y/O CURVADO VARIANTES

PERFILADO

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DOBLADO Y/O CURVADO DOBLADO DE TUBOS

FABRICACIÓN CONTÍNUA DE TUBOS CON COSTURA Y DIVERSOS PERFILES

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CÁLCULO DE LA FUERZA NECESARIA PARA EL DOBLADO P- Fza. necesaria para doblado (N) b- ancho de la pieza (mm) L - distancia entre apoyos (mm) s - espesor de la lámina (mm) M f Momento flector (N - mm) Sabemos que: M f P / 2 l / 2 Pl / 4 d- Esfuerzo de flexión necesario Ademas: d = ( M f z ) / I para la deformación permanente Entonces:M f ( d I / z (N/mm2 ) Igualando: ( P l ) / 4 ( d I ) / z I - Momento de inercia de la sección Para una secc. rect: (I/z)=(bs2/6) respecto al eje neutro (mm4 ). Luego: P = (2 d b s2 ) / 3 L z - Distancia máxima de la fibra exterior al plano neutro (mm) Según Schuler y Cincinnati; d = 2 R MANUFACTURA I - TROQUELADO

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EMBUTIDO Consiste en transformar una lámina de metal en un cuerpo hueco tridimensional en una o mas pasadas. El material a embutir debe ser dulce y recocido.

En la operacion de embutir no se debe modificar el espesor de la lámina, aunque en la práctica esto no sea totalmente cierto. MANUFACTURA I - TROQUELADO

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EMBUTIDO El troquel se debe lubricar para dar mayor fluidez al material y proteger las partes contra el rozamiento.

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EMBUTIDO

TROQUEL DE DOBLE ACCIÓN

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EMBUTIDO

ESQUEMA DE UN TROQUEL SENCILLO DE EMBUTIR

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EMBUTIDO

DESARROLLO DE UNA CAJA CON BASE RECTANGULAR

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EMBUTIDO

DESARROLLO DE LAS PIEZAS EMBUTIDAS Las fórmulas dan el diámetro D del disco desarrollado

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EMBUTIDO

DESARROLLO DE LAS PIEZAS EMBUTIDAS Las fórmulas dan el diámetro D del disco desarrollado

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EMBUTIDO

DESARROLLO DE LAS PIEZAS EMBUTIDAS Las fórmulas dan el diámetro D del disco desarrollado

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TEOREMA DE PAPPUSGULDINUS Área de una superficie de revolución El área de una superficie de revolución es igual al producto de la longitud de la curva generatriz por la distancia recorrida por el centroide de la curva al generar el área de la superficie. A=

rL

donde:

A = área de la superficie de revolución = ángulo de revolución, en radianes,

2

>

2 1

3 3

- En el embutido 3 = 0 pues no existe fuerza que modifique el espesor - Se denomina resistencia a la deformación: que no es un valor único a1 1 - 2 = Rd ni determinado para cada material. b0 - Al existir una deformación a espesor b1 constante, el volumen también permanece constante.

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a0

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EMBUTIDO

FUERZA NECESARIA PARA EL EMBUTIDO ao ,bo se deforma hasta a,b a espesor constante Vc = ao bo = a1 b1 por lo tanto: ( a1 b1 ) / (ao bo ) = 1 Recordando que

Ln (a1 /ao ) + Ln (b1 /bo ) = 0

dx / x = Ln x

a1 Luego da /a = Ln (a1 / a0) y a0 a1 Entonces da /a + a0

b1 db /b = Ln (b1 / b0) b0 b1 db /b = 0 b0

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EMBUTIDO

FUERZA NECESARIA PARA EL EMBUTIDO y si

es la deformación experimentada por la lámina a1 = Ln (a1 /ao ) =

da /a a0

= “alargamiento “

b1 = Ln (b1 /bo ) =

d...