¿Es posible determinar la fuerza que requiere el punzón, necesaria para la realización de un corte?

Universidad de córdoba Facultad de ingeniería

Programa de ingeniería mecánica

Pedro mercado Carlos Narváez

Objetivos

Conocer a cabalidad el proceso de conformación de metales (troquelado-punzado), determinando sus generalidades, variables involucradas y aplicaciones.

Practicar el manejo adecuado de cada una de las partes de la prensa hidráulica.

Conocer los dispositivos utilizados en el proceso: troquel, matrices y punzones.

Leer e interpretar los datos arrojados por la carátula y el calibrador que

indican el desplazamiento de la prensa hidráulica, además de otras medidas.

Determinar el tiempo de alistamiento del proceso estudiado.

Conocer aplicaciones importantes de este proceso de troquelado.

Conocer la importancia de los instrumentos de seguridad para la práctica, de las herramientas y el uso adecuado de los mismos.

Introducción

El troquelado suele asociarse con un proceso mecánico relativamente simple de reducida aportación tecnológica y escasa complejidad. Sin embargo, la realidad es muy diferente ya que este

trabajo, al igual que otros procesos de tipo mecánico, engloba una serie de técnicas llenas de virtuosismo y maestría. Troquelar es un arte metalmecánico de gran importancia para la industria,

enfocado, principalmente, hacía la productividad, debido a que siempre se busca fabricar productos más eficientes, resistentes, de calidad y económicos que los obtenidos con cualquier otro proceso productivo como fundición o mecanizado. Es empleado en gran

variedad de sectores: electrodomésticos (línea blanca), automotor, aeronáutico, naval, electrónico e informático y su objetivo es aprovechar al máximo el material para elaborar la mayor cantidad de piezas con el menor tiempo y costo posible.

Teoría relacionada.

Troquelado

Como definición se puede afirmar que el troquelado es un proceso mecánico de producción industrial que se utiliza para trabajar en frío lámina metálica y fabricar completa o parcialmente piezas por medio de una herramienta (troquel), conformada por un punzón y una matriz, también llamados ‘macho’ y ‘hembra’, respectivamente.Mediante una prensa, el troquel ejerce

presión sobre el material, supera su

límite elástico y actúa como fuerza para

transformarlo, bien sea para cortar,

doblar o conformar una forma

previamente definida. El proceso de

corte se puede llevar a cabo mediante

las siguientes operaciones:

Perforado: Consiste en el punzonado de varios orificios en una lámina.

Partido: Es el corte de la lámina en dos o más piezas.

Muescado: Es la remoción de piezas (o de diversas formas) de las orillas.

Lanceteado: Consiste en dejar una oreja sin quitar material alguno.

Ranurado: Son las operaciones de corte que siguen una línea recta, trayectoria circular o curvada.

TroquelesAl hablar de troquelado es inevitable mencionar los troqueles, los cuales son construidos teniendo en cuenta cuatro aspectos muy importantes: trabajo a realizar, características de la prensa, material a troquelar y número de piezas a producirA medida que aumentan los requerimientos del trabajo, la capacidad de las prensas, las exigencias de los materiales y la necesidad de producir más y mejor, también se conciben diseños de troqueles con mayor complejidad y desarrollo. En ese sentido, los troqueles se pueden clasificar en simples, compuestos y progresivos.

Simples (de una estación o un paso): estos troqueles permiten

realizar solamente una operación en cada golpe de la prensa, son de baja productividad y normalmente es necesario el uso de otros troqueles para poder concluir una pieza y considerarla terminada. Se utilizan para fabricar piezas sencillas como arandelas, accesorios y pequeñas partes para electrodomésticos.

Compuestos (de dos o tres estaciones o pasos): son herramientas que permiten

aprovechar la fuerza ejercida por la prensa realizando dos o más operaciones en cada golpe y agilizando el proceso. Generan mayor productividad y se utilizan para conformar lavaplatos, utensilios, recipientes, partes de estufas… etc.

• Progresivos (múltiples estaciones o pasos): son troqueles complejos y de gran desarrollo, también llamados matrices progresivas.

Materiales 2 Placa de aluminio (t = 0,7mm), 34mm*64mm 2 Placa de aluminio (t = 0,4 mm), 34mm*64mm 2 Placa de aluminio (t = 1,0mm), 34mm*64mm Marcador permanente Regla

Montaje y procedimiento

Paso 1: 1. Grafique las líneas guías (1*2*1*12…) en las placas como lo muestra la figura:

Marque los espesores de las placas en una de las esquinas.

2. Monte en la troqueladora la matriz, dispuesta para realizar un perforado de 10mm, con mucho cuidado de no dejarla caer o averiar los dados.3. Baje la palanca para asegurarse de que los dados y la matriz estén correctamente alineados. Si no es así quite todo y repita el punto (2).4. Ubique la placa de tal manera que el punto P, se encuentre en línea de troquelado.5. Troquele la placa a baja velocidad (muy suavemente).

6. Repita el punto (3). Ubique, como dice el punto (4), la segunda placa del mismo espesor.7. Troquele la placa a alta velocidad.8. Repita este procedimiento para los dos espesores restantes. Observe!Paso 29. Monte la matriz para realizar una perforación de 20mm. Realice los puntos (3) y (4). 10. Realice los puntos (5), (6) y (7).11. Repita el procedimiento (9) y (10), para las placas restantes.12. Repita el punto (3). Ubique ahora en la línea de troquelado el punto L.13. Realice los puntos (5), (12), (7) y (8).

Evaluación

1. Tome las medidas de cada una de las piezas y anótelas en la tabla:

Medidas Baja velocidad Alta velocidadt(mm) P L P L

1.0Dext 10,10 20,05 10,10 20,05Dint 10 20 10 20

0.7Dext 10,15 20,05 10,15 20Dint 10 20,10 10 20,05

0.4Dext 10 20,1 10,0 20Dint 10,1 20 10,1 20,05

1. ¿Cómo se puede hallar la fuerza necesaria para el corte? ¿Cuantas formas hay para hallarla? Describa cada una.La fuerza para realizar un corte se puede hallar experimentalmente

utilizando un dinamómetro y de forma teórica mediante la forma siguiente:F= 0,7LT (UTS)

T = es el espesor de la lámina

L = es la longitud total que se corta (el perímetro del orificio)(UTS)(ultimate tensil strengh)= es el esfuerzo último de resistencia a la tensión del material

3. Investigue la RESISTENCIA AL CORTE para el material utilizado en los ensayos. ¿Qué valor tiene? ¿Cuál es el significado de esta según la operación efectuada?

Para el aluminio con el cual trabajamos tiene una resistencia al corte de 196Mpa. Es la resistencia al corte máxima que posee el material que no ha sido fallado previamente, la cual corresponde al punto más alto en la curva esfuerzo - deformación.

4. Anote las observaciones de cada una de las piezas en la siguiente tabla:

Medidas Baja velocidad Alta velocidadD(mm) P L P L

1.0 DextPresenta ralladurasDiámetro semejante

Bordes rugosos

diámetro parecido

Poca calidad en el acabado de la orilla

Poca rugosidad, diámetro diferente

Dint Presentan cierta

rugosidad, diámetro

semejante al dado

Al igual que en p

baja

Poca rugosidad

en los bordes

Casi nula la

rugosidad

0.7Dext Tiene

menos rugosidad que la de

1.0

Diámetro parecido

al del dado

No se nota rugosidad

y semejante diámetro

Al igual que para

p semejante diámetro

Dint Casi nula la rugosidad

Poca rugosidad

Diámetro semejante

Diámetro parecido

0.4Dext Presenta

similitudDiámetro parecido

Similar diámetro

Parecido diámetro

DintParecido al dado

Tiene similitud al dado

Poca diferencia al dado

Poca diferencia

5. Con los diámetros del punto 1, y las investigaciones realizadas, halle la fuerza necesaria para el corte de cada una de

las piezas, con dada uno de los diámetros de cada pieza. Las fuerzas para cada una de las medidas tomadas serán: Usando la fórmula:

F=0.7<(UTS )

T = 0,7mm – 0,4 mm y 1.0mmL = πD

UTS= 196 MPa

Los valores obtenidos son:

FUERZA

(N)

DIAMETRO

DE 10 mm

DIAMETRO

DE 20 mm

ESPESOR

0,7 mm

ESPESOR

0,4 mm

ESPESOR

1.0 mm

ESPESOR

0,7mm

ESPESOR

0,4 mm

ESPESOR

1.0mm

3017.18 1724,106 646,539 6034.37 3448,212 8620.53

6. Describa que observo en la operación anterior. ¿Qué diferencia aprecia para los mismos diámetros de operación pero con espesores distintos? ¿Qué diferencia aprecia para los mismos diámetros pero con cortes internos o externos?Las diferencias que se notan entre los distintos agujeros troquelados, son evidencias de defectos en los bordes internos, es decir los acabados son irregulares en la superficie, además se observan que en las láminas con espesores pequeños estas oponen menor resistencia a la deformación al momento de ser troqueladas.7. Teóricamente que valor deberían de tener los diámetros. Halle el error relativo de cada uno para todas las piezas.

Según la teoría los valores deben corresponder a los del punzón, es decir a 10mm y 20mm, pero se debe de tratar de presentar holgura nula entre el punzón y la matriz para que el proceso

Se pueda realizar es por eso que hallamos los siguientes errores.Sacamos el promedio de P para velocidad lenta y alta velocidad entonces tenemos.

Para 1.0mm de espesor y punzón 10mm(10,05-10)/10*100% = 5%

Para 0.7mm y punzón 10mm(10,075-10)/10*100% =0,75%

Para 0.4mm y punzón 10mm (10,05-10)/10*100% =0,5%

Sacamos el promedio de L para velocidad lenta y rápida entonces tenemos.

Para 0.7mm y punzón de 20mm. (20.05-20)/20*100%=0,25%

Para 0,4mm y punzón de 20mm (20,0375-20)/20*100%= 0,18 %

Para 1.0mm y punzón de 20mm(20,025-20)/20*100%=0,12%

8. ¿cree usted que el espesor de 0,7mm, es adecuado para la operación? ¿Cree

que el espesor de 0,4mm es adecuado para la operación? ¿Considera que el espesor de 1.0mm es muy pequeño para realizar la operación?Sin son adecuados porque hacen el proceso más sencillo, lo que pasa es que al aumentar el espesor se va a presentar mayor resistencia al corte y por ende mayor fuerza hay que aplicar para realizar el proceso, y se pueden aumentar los defectos.

9. Tome las dimensiones de los dados y de la matriz anótelas y halle la holgura de cada una. ¿Qué sucede si la holgura aumenta? ¿Qué sucede si la holgura disminuye?

MATRIZ (mm) PUNZON(mm) HOLGURA(mm)A 30.5 30.0 0.5B 20.1 20.0 0.1C 10.2 10.0 0.2

Si la holgura aumenta presenta un acabado superficial muy malo principalmente en los bordes, además se pueden producir defectos en el proceso como doblamientos y puede producir el proceso de embutido y si esta disminuye mejor será la calidad del acabado superficial y por ende será el corte mejor.

10. Enumere y describa los defectos que hallo en el ensayo. ¿Por qué cree que sucedieron?

Los defectos que observamos es que la pieza busca la forma a doblarse con el punzón más grande; se presentan en los bordes de los agujeros rugosidad, los orificios no son uniformes, todo esto se presenta por el tamaño de las láminas, porque son muy pequeñas además la

fuerza con que se realiza el proceso provoca que suceda esto, la fuerza si es insuficiente no produce el proceso y provoca defectos superficiales en la pieza.

11. Que recomendaciones hace para que los productos deformes cumplan en un futuro con los estándares de calidad.Debemos hacer procesos posteriores para que puedan cumplir con estos requerimientos o simplemente podemos

disminuir el diámetro del punzón para poder realizar este proceso.

12. ¿Cree que la temperatura de la operación afecta el proceso? si, no, ¿porque?Si porque al aumentar la temperatura del material hace que este presente menos oposición al corte reduciendo la fuerza aplicada y además el proceso se realiza más rápido y con menor velocidad De forma inversa si el material es sometido a bajas temperaturas, se hace más fácil que se quiebre debido a la contracción que sufre por la temperatura a la cual es trabajado.

13. ¿Qué otros factores externos pueden afectar el proceso?La ubicación de la máquina, la lubricación de los dados, que la matriz no este coincidiendo en dirección con el punzón, también la forma del troquelado que se vaya a realizar, las características del material a troquelar.14. ¿Cómo clasificaría la maquina troqueladora?

Una máquina de gran uso la cual permite realizar un proceso muy eficiente, es por eso que hay que saberla seleccionar, la cual tiene que ser apropiada para cada proceso, debe elegirse de acuerdo a la necesidad de impacto (fuerza en toneladas), a las dimensiones del material y el número de piezas a producir.

Análisis de resultados

Notamos que las láminas que tienen menor espesor ofrecen menor resistencia a ser cortada y se evidencia debido a que se necesita menor fuerza para troquelarlas y además los errores que obtuvimos son propios de las condiciones en las que se realiza el laboratorio; las láminas de mayor espesor oponen mayor resistencia a ser troqueladas y se aumenta el riesgo de que se presenten los defectos de este proceso, y también debido al área en donde hace contacto el punzón.

Conclusiones

Al aumentar la velocidad se presenta menor resistencia al corte.

Con el diámetro del punzón más pequeño tenemos mejores

acabados en los bordes del diámetro exterior e interior.

Para láminas con espesores grandes necesitamos mayor fuerza y se evidencia mayor los defectos.

Al aumentar el espesor de las láminas hay mayor rugosidad en los bordes y menor similitud con el diámetro del punzón.

Referencias bibliográficas

1. Kalpakjian, S.(2008) Manufactura, ingeniería y tecnología (5ta edición) Naucalpan de Juárez, Estado de México: Pearson Educación.

2. Groover P. MikellFundamentos de manufactura moderna materiales, procesos y sistemas(1ra edición), Pearson Prentice Hall.