lunes, 31 de marzo de 2008


Introducción


En la elaboración de un trabajo de mayor alcance, sobre el estudio y análisis de troqueles progresivos
para su mejora y optimización, se trata de conocer con detalle como es un troquel simple y realizar su
diseño por medio de programas cad tridimensionales.
Este tipo de trabajos se caracterizan por la gran influencia que tiene el empirismo. Es por ello que se
trata de analizar un caso práctico concreto que ayude a establecer cuales son las reglas básicas en las
que se fundamenta y así desarrollar unas ayudas o directrices básicas que permitan sistematizar un
poco más el diseño de troqueles.
Por otra parte, en la bibliografía consultada, se dan aspectos genéricos y un tanto ambiguos de cómo
llevar a cabo el diseño de un troquel. Posiblemente, no se puedan dar directrices más específicas, pero
se trata de avanzar en este sentido









1.- Elementos de partida. Preliminares.





Se trata de determinar cual es el proceso más efectivo para realizar una determinada pieza, tal cual es
la que se muestra en la figura 1. Esta pieza se podría realizar por forja, fundición, o estampación,
como es el caso a abordar. En la elección del proceso de fabricación están los aspectos económicos,
las características técnicas obtenidas, y otras.




Figura 1. Plano pieza.





Un aspecto que es preciso tener en cuenta son los deshechos que se producen. En este sentido, los
procesos de conformado con desprendimiento de viruta o recortes, se está tratando de minimizar, ya
que los gastos que ello conlleva son importantes, al realizar un producto que prácticamente en su etapa
final se elimina, con el correspondiente derroche energético y de materias primas. Para ello es preciso
evaluar tanto los aspectos energéticos que intervienen como los residuos resultantes.
En este caso, un aspecto importante a considerar son las disponibilidades de máquinas-herramienta de
la empresa, en las que se trata de poder hacerlo con herramientas que ya dispone o si es preciso la
adquisición de otras nuevas.





Analizadas y ponderadas las diversas alternativas, se opta por realizar la pieza mediante troqueles
simples.
Partiendo del plano de la pieza que se va a realizar, de las medidas y tolerancias requeridas, son
necesarios tres troqueles simples, uno cortante para realizar la “forma plana”, el segundo para realizar
el doblado de las alas y por último el de punzonado de los agujeros, que es el que se presenta en este




2.- El troquel



El troquel es un útil que se monta sobre una prensa (mecánica, neumática, etc) que ejerce una fuerza
sobre los elementos del troquel, provocando que la pieza superior encaje sobre la inferior o matriz.
Como consecuencia se produce la estampación del material que se ha interpuesto entre ambas piezas.
Un troquel puede realizar operaciones de: corte, punzonado, embutición, doblado, o conformado.
El troquel puede ser:
Simple, cuando en un solo golpe realiza la operación correspondiente sobre la pieza.
Progresivo, cuando se alimenta de forma continua, realizando las diversas operaciones en cada
golpe. El troquel se compone de diversas etapas, de modo que cuando una parte del fleje, en su
avance, ha pasado por todas ellas, se obtiene la pieza final.



3.- Diseño del troquel.



En el diseño se contempla:
- la calidad y características de la pieza a punzonar.
- la funcionalidad del troquel, en el que se ha de facilitar el acceso y sencillez para la colocación
y extracción de la pieza, el trasporte del troquel para su instalación en la prensa, la reparación de las
posibles averías que puedan darse y la sustitución de las piezas que por su desgaste sea preciso
cambiar, lo que facilita su mantenimiento.
- el aspecto económico, lo que incide en el uso de piezas y accesorios comerciales y
normalizados.
Las características de la pieza que se va a realizar permiten diseñar un troquel en el que se punzonan
dos piezas de forma simultánea. De este modo se duplica la producción de la prensa, requiriendo de
ésta un mayor esfuerzo que si se realizara sólo una, si bien la diferencia no es suficiente como para
exigir mayores requerimientos a la prensa.
Por otra parte, la geometría de la pieza, aunque no es simétrica, ya que los agujeros laterales a
punzonar son distintos, por lo que los punzones serán diferentes, permite la colocación de la pieza
manualmente sin que ésta se pueda colocar de forma errónea, y además se equilibran los esfuerzos en
el punzonado de los agujeros laterales.
El diseño se ha realizado en un programa de CAD 3D (Autodesk Inventor) con lo que se facilita la
gestión de los elementos del troquel, la obtención de la mayor parte de las características necesarias de
cada pieza, como el material, el peso, y otras, así como la lista de materiales, aspecto éste importante
en este tipo de utillajes.



4.- Elementos del troquel.



Forman parte fundamental del troquel tres placas, (figura 3) sobre las que se montan todos los
elementos que lo configuran, de los que se van a reseñar de cada uno de ellos, su función y
características más significativas:



- La placa inferior, que se fija mediante pernos que se introducen por las guías de la mesa de la
prensa y por los agujeros realizados al efecto en la placa. En ella, se fija la matriz y las columnas guía.
Otro aspecto a considerar al diseñar esta placa es que los recortes sobrantes, en este caso las pepitas
del punzonado han de pasar a través de ella hacia el foso de la prensa.



- La placa superior, que ha de anclarse en la parte superior de la prensa o carro mediante pernos
que se introducen por las guías de la prensa y las diseñadas al efecto en la placa. Sobre ella se sitúan
las herramientas que actuarán sobre la pieza y los pistones. Se ha de tener en cuenta que las columnas
guía han de pasar a través de la placa y deben librar la prensa en su posición más desfavorable.



- La placa pisadora, va entre las anteriores y su función es fijar la pieza a la matriz antes de que
baje totalmente la prensa y actúen las herramientas de corte, doblado u otras, que pasan a través de ella
y lo hagan de forma precisa. En el proceso de ascenso de la prensa, tiene la importante función de
evitar que la pieza sea arrastrada por las herramientas que han actuado sobre ella. Para ello se colocan
unos pistones que mantienen la placa pisadora sobre la pieza durante un tramo del ascenso.
- Pisador superior. Para preservar la placa, se coloca bajo ella lo que se denomina “pisador
superior” y que tiene la forma negativa de la pieza.


- Columnas guía. El guiado de las placas es una faceta importante ya que para que realicen las
placas superior y pisadora su desplazamiento con precisión, se disponen columnas o placas de guiado,
que se fijan en la placa inferior. Por consiguiente el ajuste es con apriete y se suelen introducir
incrementando la temperatura en la placa inferior. En las otras ha de haber juego y para evitar su
deterioro y facilitar el deslizamiento, se colocan casquillos.


- Casquillos, son piezas de forma cilíndrica, que se fijan a la placa con un ajuste con apriete suave
y con unas bridas para que no se salgan con el uso. El ajuste con la columna es con juego. Para
facilitar el desplazamiento pueden tener nódulos de grafito, o bolas.


- Punzón, (figura 4) es un elemento de gran dureza que realiza un agujero en la pieza, tienen la
forma del orificio que se pretende, usualmente circular. Son elementos normalizados, si bien hay
medidas que es preciso realizar específicamente. En este caso, son cilíndricos y en la parte superior
tienen una “cabeza” de mayor diámetro. El punzón es la pieza que más desgaste va a tener, por ello, se
van a desmontar con facilidad para poderlos rectificar o cambiar cuando ya no sean recuperables.
Además de los ocho punzones cilíndricos que lleva este troquel, hay otro más para separar las dos
piezas finales, que tiene forma cuadrada.


- Portapunzones, es la pieza en la que se ubica el punzón, determinando su correcta posición y
aportando rigidez, de modo que no sufran pandeo, ya que al ser relativamente largos y los esfuerzos
tan grandes podrían verse afectados.


- Sufridera, entre el portapunzones y la placa se coloca una placa más fina, de gran dureza, que es
la que transmite el esfuerzo a la cabeza del punzón y evita el deterioro de la placa.
- Pisadores, como se indicó, son formas negativas de la pieza que se fijan a la placa pisadora por
su parte inferior.


Figura 4. Punzones, portapunzones y sufridera.



- Matriz, es un elemento básico del troquel, en la que se coloca la pieza para el punzonado. Tienela forma negativa de la pieza y se apoya sobre la placa inferior, intercalándose una sufridera. Sedisponen huecos interiores, que permiten la evacuación de las pepitas y residuos de corte. Esimportante el diseño de estas oquedades pues se ha de evitar que los residuos se atasquen y obstruyanla salida hacia la fosa de la prensa, lo que podría provocar daños considerables en el troquel.- Pistones, son resortes neumáticos consistentes en un vástago telescópico que se mueve por elinterior de un cilindro que contiene nitrógeno a presión. El resorte neumático es un muelle de bajocoeficiente, que ofrece autonomía de funcionamiento al no requerir una instalación neumática nicanalizaciones con fluidos a presión. Se instalan entre la placa superior y la pisadora y su función es,cuando desciende la prensa, comprimir la placa pisadora fijando la pieza antes de que actúen lospunzones (o herramientas) y cuando asciende, mantener fija la pieza mientras salen los punzones. Lafuerza de extracción es del orden del 5 al 10% de la de punzonado.- Setas, son piezas que se colocan en los lugares susceptibles de rotura, como son los de contactodel vástago del pistón con la placa pisadora. Se realizan con aleaciones que soporten bien los golpes yse colocan de modo que se puedan sustituir con sencillez.- Cáncamos, son elementos para el transporte de las placas del troquel. Se han colocado en lainferior y en la superior ya que son las más pesadas. En la pisadora se han practicado agujerosroscados en los que se enroscan tornillos que hacen la función de los cáncamos, a los que se amarranlas eslingas.

Bibliografía Referencias.

ALTING, L: Manufacturing Engineering Processes. 2º Ed. Marcel Dekker, New York, 1999.
CERÓN HOYOS, José Enrique; FADÓN SALAZAR Fernando; Análisis geométrico para el “Diseño
de banda” de piezas estampadas. XIII ADM - XV INGEGRAF, Congreso Internacional sobre
herramientas y métodos en Diseño de ingeniería. Napoli, 4-6 de junio del 2003.
CERÓN HOYOS, José Enrique; FADÓN SALAZAR Fernando; Morfología y etapas en el diseño de
troqueles progresivos. 4° Congreso Nacional y 1ro. Internacional, Rosario, Argentina – 6 a 8 de
octubre de 2004.
COCA, P.; ROSIQUE, J.: Tecnología mecánica y metrotecnia, Ediciones Pirámide, Madrid 2002

DORF, R.C.; KUSIAK, A.: Handbook of design, manufacturing and automation. John Wiley & sons,
New York, 1994.
KALPAKJIAN, Serope; SCHMID, S. R. Manufactura. Ingeniería y tecnología. Ed. Pearson
Educación. México, DF, 2002
KAZANAS, H. C.; BAKER, Glenn E.; GREGOR, Thomas; Procesos básicos de manufactura. Ed:
McGraw-Hill, México; 1983
http://www.infomecanica.com http://www.delteco.com
http://www.azolgas.com http://www.auxtrol.com