Elementos esenciales del troquel estampado: primero, determine el proceso de fabricación de una pieza estampada

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Nota del autor: Dado que han pasado unos 15 años desde mi serie Die Basics 101, me han pedido que escriba otra serie de artículos sobre los fundamentos del diseño y la construcción de troqueles de estampado. A medida que los ingenieros y fabricantes de herramientas experimentados se jubilan, muchas empresas han tenido dificultades para encontrar y contratar personas con conocimientos básicos de herramientas de estampado de metales. 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. También echa un vistazo a 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 la 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 comenzar a pensar en el proceso necesario para diseñar y construir el troquel, debe determinar si la pieza en cuestión se puede fabricar utilizando el estampado de láminas de metal. Muchas piezas tienen características dimensionales y de tolerancia que no se pueden cumplir con un proceso de estampado convencional, por lo que deben fabricarse con un método alternativo, como 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 se pueda fabricar con estampado no significa que deba hacerlo. Los troqueles de estampado de láminas de metal generalmente están destinados a producir volúmenes de piezas muy grandes. Para volúmenes de piezas bajos, a veces tiene sentido producir las piezas usando métodos de menor costo como doblado, soldadura y maquinado con plegadora.

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 una chapa plana de una pieza en bruto a una pieza acabada. Puede tomar 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 estampación. Si el proceso de fabricación de la pieza, incluso una sola operación de conformado o corte, no es correcto, el proceso de troquelado y estampado fallará.

Los diseñadores de troqueles determinan los medios mecánicos para ejecutar estos pasos del proceso lo más fácilmente posible. El diseñador de troqueles toma decisiones como el tipo de acero para herramientas, la geometría del troquel y la longitud del troquel. Los diseñadores de troqueles 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 grosor del material. Estos dos últimos factores son críticos a la hora de decidir los pasos del proceso de fabricación y el diseño de la herramienta. No suponga que la pieza se puede fabricar con el material especificado. El hecho de que haya sido diseñado para estar hecho de cierto metal no significa que pueda estar hecho de 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 troqueles 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 debe "pensar como el metal". Por ejemplo, si piensa en acero de calidad de estirado con bajo contenido de carbono y está tratando de formar aluminio, es probable que tenga problemas. Eso no significa que el aluminio sea malo; simplemente es diferente.

Si está procesando una pieza que requiere una gran cantidad de estiramiento o estirabilidad, no lo intente con datos insuficientes. Por ejemplo, no se conforme con solo saber que es acero 1018. En su lugar, averigüe la resistencia a la tracción y el límite elástico del material, el porcentaje de elongación y, siempre que sea posible, el valor promedio de n (inclinación de la curva de esfuerzo-deformación) y el valor promedio de r (proporción entre la deformación del ancho real y la deformación del espesor real en un punto determinado). valor de la deformación longitudinal). Averigüe si el metal está revestido o prepintado. Si es un metal no ferroso, averigüe si es completamente duro, completamente blando o medio duro. Además, si se trefilará el metal, averigüe si tiene calidad de 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 dado.

Un buen diseño de matriz comienza con un proceso sólido para fabricar su pieza. La mayoría de las fallas de estampado catastróficas son el resultado de un proceso deficiente para fabricar la pieza, más que de un diseño de matriz deficiente en sí. Los pasos críticos de formación y corte a menudo se pasan por alto. La clave es calcular específicamente cómo vas a hacer la pieza antes de concentrarte en hacer el troquel.