Conceptos básicos del troquel de estampado: primero, determine el proceso de fabricación de una pieza estampada

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Nota del autor: Como han pasado aproximadamente 15 años desde mi serie Die Basics 101, me pidieron que escribiera otra serie de artículos sobre los fundamentos del diseño y la construcción de troqueles de estampado. A medida que los fabricantes de herramientas e ingenieros experimentados se jubilan, muchas empresas han tenido dificultades para encontrar y contratar personas con conocimientos básicos de herramientas de estampado de metal. Espero que esta serie de artículos ayude a educar a los lectores sobre todos los pasos y procesos críticos necesarios para diseñar y construir un troquel de estampado. Vea también la segunda y tercera parte de esta serie.

Un troquel de estampado suele ser una herramienta única y diseñada a medida. A diferencia de un artículo comprado en una tienda, no viene con instrucciones de montaje, operación y mantenimiento. Si incluso uno de esos factores no se realiza correctamente, pueden producirse fallas catastróficas en las herramientas y el estampado.

Pero primero lo primero.

Antes de que pueda siquiera comenzar a pensar en el proceso necesario para diseñar y construir el troquel, debe determinar si la pieza en cuestión realmente se puede fabricar mediante estampado de chapa. Muchas piezas tienen características dimensionales y de tolerancia que no se pueden cumplir mediante un proceso de estampado convencional, por lo que deben fabricarse utilizando un método alternativo, como la fundición seguida de mecanizado con la tolerancia especificada.

Se necesitan años de experiencia para poder observar una pieza y determinar si se puede estampar. Y el hecho de que una pieza pueda fabricarse mediante estampado no significa que deba hacerlo. Los troqueles de estampado de chapa normalmente están destinados a producir volúmenes de piezas muy grandes. Para volúmenes de piezas bajos, a veces tiene sentido producir las piezas utilizando métodos de menor costo como doblado, soldadura y mecanizado de plegadoras.

No confunda a un diseñador de troqueles con un ingeniero de procesos. Los ingenieros de procesos determinan los pasos del proceso que se deben ejecutar para transformar la chapa plana de una pieza en bruto a una pieza terminada. Puede ser necesario un troquel de línea de una sola estación o un troquel progresivo de 40 estaciones. Este es sin duda el paso más importante que determina el éxito de la operación de estampado. Si el proceso para fabricar la pieza, incluso una sola operación de conformado o corte, no es correcto, el proceso de troquelado y estampado fallará.

Los diseñadores de matrices determinan los medios mecánicos para ejecutar estos pasos del proceso lo más fácilmente posible. El diseñador de troqueles toma decisiones tales como el tipo de acero para herramientas, la geometría y la longitud del troquel. Los diseñadores de matrices experimentados a menudo también actúan como ingenieros de procesos, lo que significa que determinan la cantidad de pasos necesarios para fabricar la pieza, así como también diseñan los medios mecánicos para ejecutar el proceso.

Antes de determinar los pasos necesarios para fabricar la pieza, debe analizar la impresión de la pieza, observando cuidadosamente la geometría de la pieza, la tolerancia especificada y el tipo y espesor del material. Estos dos últimos factores son críticos a la hora de decidir los pasos del proceso de fabricación y el diseño de las herramientas. No asuma que la pieza se puede fabricar con el material especificado. El hecho de que haya sido diseñado para fabricarse con un determinado metal no significa que pueda fabricarse con ese material.

Para tomar una buena decisión sobre los pasos del proceso necesarios para la fabricación de piezas, tanto el ingeniero de procesos como el diseñador de matrices deben comprender los efectos que tiene el material de la pieza en el proceso y el diseño de la herramienta. El material de la pieza influye:

Hay disponibles miles de metales ferrosos y no ferrosos diferentes, cada uno con sus propias características. Se pueden estampar materiales desde titanio hasta oro. Como les digo a los asistentes a mis seminarios, para procesar, diseñar o solucionar problemas de chapa metálica con éxito, primero hay que “pensar como el metal”. Por ejemplo, si piensa que le gusta el acero de calidad con bajo contenido de carbono y está tratando de formar aluminio, probablemente tendrá problemas. Eso no significa que el aluminio sea malo; es simplemente diferente.

Si está procesando una pieza que requiere mucho estiramiento o capacidad de embutido, no lo intente sin datos suficientes. Por ejemplo, no se conforme con saber que es acero 1018. En su lugar, averigüe el límite elástico y de tracción del material, el porcentaje de alargamiento y, siempre que sea posible, el valor promedio n (inclinación de la curva tensión-deformación) y el valor promedio r (relación entre la deformación de ancho real y la deformación de espesor real en un punto determinado). valor de la deformación de longitud). Descubra si el metal está recubierto o prepintado. Si es un metal no ferroso, averigüe si es completamente duro, muy blando o medio duro. Además, si se va a trefilar el metal, averigüe si tiene calidad para trefilado.

Recuerde que los aceros especiales avanzados de alta resistencia, como los de fase dual o TRIP, exhiben más recuperación elástica que los materiales de menor resistencia. Sabiendo esto de antemano, puede agregar estaciones adicionales para compensar los problemas de recuperación elástica. Evite construir herramientas comunes diseñadas para formar una variedad de metales diferentes sin cambiar el troquel.

Un buen diseño de troquel comienza con un proceso sólido para fabricar la pieza. La mayoría de las fallas catastróficas de estampado son el resultado de un proceso deficiente para fabricar la pieza y no de un diseño deficiente del troquel en sí. A menudo se omiten pasos críticos de conformado y corte. La clave es calcular específicamente cómo vas a hacer la pieza antes de concentrarte en hacer el troquel.